扭矩扳子检定仪的测量方法与数据处理

李鹰

无锡市计量测试院 江苏无锡 214000

改革开放以来，我国社会经济建设得到了迅猛的发展，我国工业也取得了巨大的进步，与此同时，扭矩扳子作为工业生产中的一种重要工具，也得到了推广和普及。扭矩扳子的准确性与产品的质量性能息息相关，为确保其准确性，合理使用扭矩扳子检定仪的测量方法非常重要，从而更好的保证其效果。

1 扭矩扳子检定仪概述

扭矩扳子检定仪（以下简称扭矩仪）主要是用来检测扭矩扳手、扭矩改锥以及扭矩螺丝刀等手动工具的标准计量器具。为保证扭矩扳子的计量性能，至少每年用扭矩仪对其检定一次，甚至有些工厂为了保证良品率，每日作业前都使用扭矩仪对扳手进行一次简单的测量。扭矩仪的准确度等级要比扭矩扳子高，主要分为0.3级、0.5级、1级和2级。根据扭矩仪的工作原理可将其分为机械式、液压式和电子式三种，如今也是越来越受到重视。

2 标准扭矩扳子校准现状

随着世界工业的快速发展，扭矩扳子因其便携的特点得到了广泛应用，其扭矩扳子校准检定技术也获得迅速的发展，因此也产生了扭矩扳子检定仪的溯源问题。欧洲在这一领域的研究起步较早，2000年前，欧洲校准实验室机构就发布了扭矩扳子检定仪校准导则DKD-R3-8，这一导则规定了扭矩扳子检定仪的校准设备为标准扭矩扳子或力臂砝码组合装置。随后，关于标准扭矩扳子的校准导则DKD-R3-7颁布，导则中规定了标准扭矩扳子的校准方案，并建议尽量使用标准扭矩扳子。欧洲的标准扭矩扳子都溯源至德国国家联邦物理技术研究院（PTB），因此PTB较早就开展了标准扭矩扳子校准方法及装置的研究。PTB主要采用空气轴承静重式扭矩标准机和参考式扭矩校准装置进行标准扭矩扳子的校准检定。这样的校准形式比较快捷方便，获得很多校准实验室的认可。日本国家计量院（NMIJ）也对标准扭矩扳子进行研究，他们主要采用空气轴承静重式扭矩标准机进行校准检定。在国内，扭矩站也曾尝试用空气轴承静重式扭矩标准机对标准扭矩扳子进行校准。但在校准过程中发现，由于标准扭矩扳子在扭矩标准装置上校准时是垂直安装的，与实际使用状态的水平安装位置不同，另外，扳子本身的重力和扳子的安装垂直度等也会影响到扳子校准的准确度。因此，项目组设计了一台可以水平位置校准标准扭矩扳子的装置，以提高校准的准确度[1]。目前，各国对标准扭矩扳子的校准检定方式都在摸索阶段，使用的校准装置也不同，国际上没有一个相对统一的方法，这也使得各国的校准检定结果存在差异。

3 扭矩扳子检定仪的测量方法

3.1 标准扭矩扳子测量

杠杆和砝码测量采用该方法对扭矩仪进行测量时，首先要将扭矩仪或扭矩传感器固定在与地面垂直的专用检测架上，保证其在加载杠杆和砝码后不发生偏移或倾斜。将杠杆的支点轴与扭矩仪的承扭部分同轴相连，将被检仪表清零，在测量前应预加载砝码至最大量程3次，然后卸除砝码，检查仪表回零情况并重新将仪表清零。先选定一个方向，缓慢平稳的加载砝码，待仪表上显示的扭矩值稳定时记录数据，直至完成全部测量点的检测。检定过程中不允许调整仪表，每个点测量3次，以3次测量的平均值作为测量结果。测量方向改变时，重复以上步骤。

3.2 杠杆和砝码测量

采用标准扭矩扳子测量时，将标准扭矩扳子以被检状态安装在扭矩仪上，调整扳子的受力点至平均力臂长度处，预扭3次，每次应至少保持30s-1min，卸除负载后检查仪表回零情况，并将仪表清零。正式测量时平稳的施加扭矩至测量点，保持一定时间待仪表数值稳定后记录数据，直至完成所有测量点的检测。对0.3级、0.5级和2级的扭矩仪需进行此过程3遍，对1.0级需进行2遍。至此，对于2级的扭矩仪已经测量完毕，0.3级和0.5级则需要将扭矩仪重新安装，调整方榫的方位，再测量一遍，1级则不需要调整。最后，0.3级、0.5级和1级的扭矩仪须将受力点调整到最短力臂长度处再测量一遍。测量方向改变时，重复以上步骤。

4 扭矩扳子检定仪示值误差测得值不确定评定

（1）测量标准。标准扭矩仪(型号STW－1000)，测量范围(10～1000)Nm，准确度等级0.3级。

（2）测量对象。扭矩扳子检定仪(型号DOTE100N/1)，测量范围(10～1000)Nm，准确度等级1级。

（3）各输入量的标准不确定度。

①扭矩扳子检定仪与标准扭矩仪之间由于安装，加载速度等因素引入的不确定度分量u(M)2。

根据经验和以往的试验数据，使用的测量标准在每个测量点此分量引入的测量偏差小于0.001，设其满足均匀分布，k槡=3，则：

②扭矩扳子检定仪示值重复性引起的不确定度分量u(M)1

在相同的工况下，对100Nm测量点连续测量10次，所得到测量列Mi(i为测量序号)如表1。

表1

则校准点单次测量的重复性：

因规程规定测量次数为3次，则示值重复性引起的相对不确定度分量u(M)3为：

5 结语

扭矩扳子的准确性与产品的质量性能息息相关，为确保其准确性，必须定期进行检定，并且还需确保检定结果的准确性，因此本文从多个方面进行扭矩扳子分析，以期提供一些借鉴。