3级扭矩扳子示值误差不确定度评定

陈 辉 胡纪军 刘会婷 吴 娇

(西安计量技术研究院，西安 710068)



3级扭矩扳子示值误差不确定度评定

陈 辉 胡纪军 刘会婷 吴 娇

(西安计量技术研究院，西安 710068)

依据JJG 707—2014《扭矩扳子》检定规程、JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》和CNAS-CL07:2011《测量不确定度的要求》，对3级扭矩扳子示值相对误差进行不确定度研究。确定并分析了影响测量结果不确定度的五个因素。根据实验和测量过程,计算各个输入分量的标准不确定度、合成不确定度及扩展不确定度。在评定过程中应用到了新的JJF 1059中的预评估重复性、仪器的测量不确定度等多种新的概念。

扭矩扳子；示值误差；测量不确定度

0 引言

扭矩扳子指带扭矩测量机构的拧紧计量器具，用于按预先确定的扭矩拧紧或拆卸螺栓、螺母，在工业测量中应用非常广泛，本文对扭矩扳子的示值误差进行测量不确定度评定，在日常校准中，可根据分析结果，采取相应措施，提高测量准确度。

1 测量过程

1.1评定对象

选取测量范围为2～10Nm，准确度等级为3级的一个不带倍增器的扭矩扳子作为评估对象，按规程要求，选取2Nm、6Nm、10Nm作为校准点进行校准和测量不确定度评定。

1.2 计量标准器具及校准方法

根据规程要求，选择一个准确度等级为1级的扭矩扳子检定仪作为计量标准器，依据JJG 707—2014《扭矩扳子》6.2.2.4所述方法一，即“以被检扭矩扳子的设定值为准，在扭矩板子检定仪或标准扭矩仪上读取测量值”的方法进行校准。

1.3 环境条件

校准时，温度为23℃，相对湿度为71%，校准过程中温度变化不超过±1℃,均符合规程要求。

2 数学模型

根据JJG 707—2014《扭矩扳子》6.2.2.4所述校准方法，同时考虑到测量结果的计算公式中不必增加系统误差所引入的修正值和随机误差引入的修正值(即黑箱模型)，扭矩扳子示值误差e的数学模型即为其测量结果计算公式[1]。

(1)

3 相关性分析

4 因果图

如图1不确定度来源因果分析图所示。

图1 不确定度来源因果分析图

5 传播率公式

根据式(1)的数学模型，可得传播率公式为：

(2)

其中：c1=1,c2=-1

即

(3)

6 不确定度分量

6.1 输入量Mi

6.1.1 扭矩扳子安装偏差引入的不确定度分量u11

考虑到最坏的情况，根据经验，被测扭矩扳子安装变化范围的半宽约为3×10-3Nm，以矩形分布估计，则：

6.1.2 对线误差引入的标准不确定度分量u12

测量范围为2～10Nm，准确度等级为3级，显示的分度值为1Nm，扭矩扳子的读数估计误差为1/50个分度,以半区间、矩形分布计入，则：

6.2.1 仪器分辨力引入的标准不确定度分量u21

1级扭矩扳子检定仪显示的最小单位为0.001Nm(分辨力δx)，以矩形分布估计，则：

u21=0.29δx=2.9×10-4Nm

6.2.2 重复性引起的不确定度u22

根据贝塞尔公式求得单次实验标准差：

由于规程中明确规定进行3次校准，故预评估重复性为：

根据贝塞尔公式求得单次实验标准差：

由于规程中明确规定进行3次校准，故预评估重复性为：

根据贝塞尔公式求得单次实验标准差：

=4.20×10-3Nm

由于规程中明确规定进行3次校准，故预评估重复性为：

由于重复性引入的不确定度分量u22(2Nm)、u22(6Nm)、u22(10Nm)均大于分辨力引入的不确定度分量u21。因此分辨力引入的不确定度分量u21可忽略不计。

6.2.3 扭矩扳子检定仪示值误差引入的标准不确定度分量u23

测量中使用的扭矩扳子检定仪，已经计量部门校准。依据JJG 797—2013《扭矩扳子检定仪》，其在2Nm、6Nm、10Nm时最大允许误差分别为±0.02Nm、±0.06Nm、±0.10Nm，以矩形分布估计，则：[2]

7 不确定度概算

u11、u12、u22、u23各分量彼此无关，由于灵敏度系数均为1或-1。可进行如下合成：[3]

=1.39×10-2Nm

=3.55×10-2Nm

=5.82×10-2Nm

8 扩展不确定度

根据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》新的要求，直接取k=2，则：

选取2Nm作为校准点时[4]：

U(2Nm)=k·uc(2Nm)(e)=2×1.39×10-2Nm

≈2.8×10-2Nm

选取6Nm作为校准点时：

U(6Nm)=k·uc(6Nm)(e)=2×3.55×10-2Nm

≈7.1×10-2Nm

选取10Nm作为校准点时：

U(10Nm)=k·uc(10Nm)(e)=2×5.82×10-2Nm

≈0.12Nm

9 结束语

通过对3级扭矩扳子示值误差的测量不确定度评定，表明使用本文所提供的测量方法和测量设备对3级扭矩扳子示值误差进行测量，可以满足JJG 707—2014《扭矩扳子》的技术要求。

[1] JJG 707—2014扭矩扳子检定规程[S].中国质检出版社，2014

[2] JJG 797—2013扭矩扳子检定仪检定规程[S].中国质检出版社，2013

[3] 常宗英，侯美桃.简化计算测量不确定度合成形式[J].计量技术，2013(1)

[4] 高宇海.校准和测量能力评估中有关问题的探讨[J].计量技术，2013(6)

《计量技术》杂志欢迎大家踊跃投稿《计量技术》杂志以实用性、权威性、及时性为主要特色；坚持面向生产，面向基层，理论与实践相结合的编辑方针；着重报道计量、测试、检验、质量保障等方面的新技术、新产品、新动态、综合评述、经验介绍等内容。欢迎大家投稿，投稿要求如下：1 来稿以说明问题为主要目的，语句要精练、简洁，全文尽量不超过4000字。2000字以上请附摘要和关键词。2 来稿涉及计量单位时，请一律使用法定计量单位的名称和符号。3 来稿时应写清作者姓名、单位、邮编、通讯地址及联系电话。可通过我刊电子信箱投稿。4 编辑部收到来稿后，立即给作者“稿件回执”，在不迟于四个月内通知作者是否刊用。由于本刊人力有限，不刊用稿均不寄还，请作者自留底稿。

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.10.22