扭矩扳子檢定儀及其應(yīng)用

紀紹偉/吉林市計量測試技術(shù)研究院

為了便于在扭矩扳子檢定、校準中科學(xué)地選擇和使用扭矩扳子檢定儀，針對扭矩扳子檢定、校準專業(yè)性強、選型資料單一、選型不便的實際，通過對現(xiàn)有扭矩扳子檢定儀結(jié)構(gòu)、種類、性能、特點及發(fā)展動向?qū)εぞ匕庾訖z定的分析，為選型及使用提供參考。

0 引言

我國工業(yè)現(xiàn)代化的進程日益加速，扭矩扳子檢定儀廣泛應(yīng)用于車輛、航空、機械、家電、建筑等行業(yè)和部門所使用的扭矩扳子檢測。隨著科技的進步，設(shè)計制造的各種扭矩扳子檢定儀種類繁多、性能先進，適用于各種不同場合、不同要求的檢定、校準。由于扭矩檢定、校準專業(yè)性強，制造商、經(jīng)銷商廣告宣傳多功能不盡完美，以及初次選型用戶缺乏對扭矩扳子檢定儀系統(tǒng)深入的了解，使得選型工作帶來不少困難，一旦選型不當(dāng)，會給檢定、校準帶來不便，甚至影響到工作的正常進行。

1 產(chǎn)品概述

1.1 定義

各生產(chǎn)廠商對扭矩扳子檢定裝置的稱謂不盡相同：扭矩扳子校準裝置、扭矩工具檢定儀、扭矩扳子檢定儀等。依據(jù)《JJG707-2003扭矩扳子檢定規(guī)程》，本文將用于測量扭矩扳子、扭矩螺絲刀、其他結(jié)構(gòu)形式的帶有扭矩測量機構(gòu)的擰緊計量器具（含附件）的儀器，定義為“扭矩扳子檢定儀”。

1.2 工作原理

扭矩扳子檢定儀一般主要由扭矩測量儀、扭矩傳感器、加力工作臺三部分組成。有的可附加系統(tǒng)扭矩扳子檢定儀軟件和自校裝置。

當(dāng)裝在扭矩扳子檢定儀上的被檢扭矩扳子受到加載力后，扳子承受扭矩的作用，同時傳遞到檢定儀的扭矩傳感器上，該扭矩值通過扭矩測量儀電路的運算、放大顯示出測量值。

2 產(chǎn)品的分類及特點

2.1 按檢測方式可分為固定傳感器加載和旋轉(zhuǎn)傳感器加載

1）固定傳感器加載

扭矩傳感器固定在工作臺上，通過扭矩扳子轉(zhuǎn)動加載。

這種加載方式的特點是結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、便于攜帶移動，適于扭矩扳子量程單一或使用裝配現(xiàn)場及實驗室的檢驗。

這種加載方式也有一個較大的缺點，加載是在扳子手柄的垂直方向用一絲桿來推動加力，由于絲桿的運動軌跡是一直線，而扭矩扳子的運動是弧線，二者有相對運動，在扭矩扳子的軸向上有附加摩擦力，對測量會產(chǎn)生較大誤差。

2）旋轉(zhuǎn)傳感器加載

扳子固定在工作臺上，通過旋轉(zhuǎn)傳感器加力，這種加載方式又有水平旋轉(zhuǎn)式和臥式旋轉(zhuǎn)式。

水平旋轉(zhuǎn)式：扭矩扳子水平旋轉(zhuǎn)，優(yōu)點是扳子不需要特殊固定，大幅提高工作效率，安全可靠，系統(tǒng)誤差小，扭矩值復(fù)現(xiàn)準確，精度高。

臥式旋轉(zhuǎn)式：扭矩扳子旋轉(zhuǎn)軸線水平，適于做大扭矩扳子的檢測。缺點是扳子有自重，會對測量精度有影響，有時需要對扳子進行輔助固定。

2.2 按加載方式可分手動加載和電動加載

1）手動加載

這種方式加載方便，便于控制。手動加載又可分為直接加載式、偏心輪加載式、絲桿加載式和減速裝置加載式。

①直接加載式

直接在被測扳子上手工加力，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，靈活方便。適于小扭矩值扳手的檢測，一般在300 N·m以下更可行。壁掛式和一些小量程的臺式檢定儀采用此種加載方式，加載的穩(wěn)定性和重復(fù)性較差。

②偏心輪加載式

采用偏心輪加載裝置，因增加了杠桿力，比直接加載能夠省力。由于偏心輪與扭矩扳子手柄之間有相對運動，在扳子的軸線上產(chǎn)生滑動摩擦，帶來軸向上的附加載荷，會影響測量結(jié)果的準確性。有些裝置采用了滾動偏心輪加載，可將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。另一缺點是作用在偏心輪加長桿上的力，對工作臺有一個外力，在這個外力較大時，可能帶動工作臺移動，引起測量誤差，這時工作臺需要特殊的固定。

③絲杠加載式

始終在扳子手柄的垂直方向通過絲杠推動加載，比前兩種方式更省力，且結(jié)構(gòu)簡單，方便易行。

④減速機加載式

通過齒輪或蝸輪蝸桿減速機構(gòu)加載，省力且扭矩產(chǎn)生的力為內(nèi)力，不對工作臺產(chǎn)生向外的作用力，加載均勻易控制，可實現(xiàn)大扭矩值的加載。

2）電動加載

采用電機替代人力加載，即省力又高效，是進行較大量程和大批量檢定校準的優(yōu)選工具，但這樣的設(shè)備制造成本較高。

2.3 按結(jié)構(gòu)形式可分為壁掛式、臺式、不可換傳感器式和可更換傳感器式

1）壁掛式

可固定在墻壁，適于生產(chǎn)裝配現(xiàn)場扭矩扳子的在線校驗，應(yīng)具備足夠的響應(yīng)速度和峰值保持功能。

2）臺式：可分為便攜式和固定式便攜式：移動方便，不需要固定。

固定式：檢定裝置固定在工作臺上，精度高，量程范圍大，適于實驗室檢定。

3）不可換傳感器式

由一只或幾只傳感器固定在工作臺上，不能更換，每只傳感器有一個量程，不同的量程對應(yīng)不同的設(shè)備，適于規(guī)程單一、有一定批量的扭矩扳子檢測。

4）可更換傳感器式

可通過更換不同的傳感器，實現(xiàn)不同的量程，實現(xiàn)一機多用，提高檢測精度。適于不同種類、不同量程扭矩扳子的檢測。國內(nèi)產(chǎn)品系統(tǒng)測量精度可達到0.3%，可以不用工具快速更換傳感器，完成1～10級扭矩扳子的檢定、校準。

2.4 按自動化程度可分為手工與自動

1）手工操作

加載、讀數(shù)、記錄完全靠手工操作，簡易、成本低。

2）半自動式

由人工控制過程，能實現(xiàn)加載、記錄、誤差計算，證書生成、查詢、打印等部分自動操作。

3）全自動

可實現(xiàn)某些扳子如定值式扭矩扳子從加載到生成測試記錄、檢定證書、判定扳手準確度等級的全部自動操作?？山档蛣趧訌姸?，避免人為誤差，提高工作效率。

3 扭矩檢定儀發(fā)展動向

1）使用便捷化

為裝配現(xiàn)場研發(fā)，方便現(xiàn)場隨機校驗。

2）功能專一化

每臺儀器有不同的量程，形成產(chǎn)品系列。適于品種單一、數(shù)量較大的實驗室檢定校準。

3）軟件智能化

軟件設(shè)計采用數(shù)字濾波、自動校零、非線性補償?shù)刃录夹g(shù)，使整機具有采樣速度快、測量精度高、抗干擾能力強的特點?？蓪崿F(xiàn)從扳手加載到生成測試記錄檢定證書、判斷精度等級全部操作，降低勞動強度，提高工作效率。

4）設(shè)備自?；?/p>

由力矩杠桿和標準砝碼組成的自校裝置，可隨時對扭矩檢定儀傳感器進行測試，保證系統(tǒng)的測量精度。

4 選型中應(yīng)注意的問題

1）基本要求

符合檢定、校準要求的精度等級，完整的檢定報告，完整的檢定溯源系統(tǒng)和符合實驗室高要求的質(zhì)量。

2）準確度

扭矩扳子檢定儀，其給出的標準值的擴展不確定度為被檢扭矩扳子最大誤差的1/3～1/10，或檢定儀的準確度等級應(yīng)優(yōu)于被檢扳子準確度等級的1/3。

3）量程

扭矩扳子的測量范圍是額定扭矩值的20%～100%，首次檢定的扳子應(yīng)以測量上限值的20%進行超載性能試驗，因此檢定儀的工作量程應(yīng)選被檢扳子的20%～120%。

4）性能

扭矩檢定儀應(yīng)能保持扳子處于正確的檢定方位和加載作用點可調(diào)，應(yīng)具有足夠的響應(yīng)速度和峰值保持功能，這對于檢定、校準預(yù)置式扳子非常必要。

5 扭矩檢定的實際操作

5.1 準備工作

1）扭矩扳子應(yīng)在實驗室內(nèi)放置足夠長的時間，達到與實驗室的溫度相同。

2）首先對被檢扳子的外觀進行檢查，確認儀器與扳子的功能正?？煽?，并符合檢定規(guī)程中對其外觀結(jié)構(gòu)與附件的有關(guān)要求。

3）根據(jù)被檢扳子的額定值，選定檢定儀扭矩傳感器的量程，一般選擇被檢扳子額定值的20%～120%。

5.2 適應(yīng)性操作

1）帶棘輪的扭矩扳子，其扳接頭應(yīng)能靈活轉(zhuǎn)動，無卡滯現(xiàn)象，鎖緊裝置應(yīng)可靠，扳接頭方榫上的鋼球或活動鎖應(yīng)活動自如，不得滑出，應(yīng)能可靠地與套筒相連。

2）指針式指示裝置的指針不應(yīng)松動和彎曲，指針和被動針與分度盤表面應(yīng)平行，并能與標尺任意刻線重合，在施加扭矩過程中指針和被動針運轉(zhuǎn)應(yīng)平衡，無沖擊、停滯等不正?，F(xiàn)象，指針寬度不大于1/5分度值。

3）預(yù)置式扭矩扳子的設(shè)定裝置應(yīng)靈活可靠，能設(shè)定所需扭矩值，當(dāng)施加的扭矩值達到設(shè)定值時，應(yīng)能發(fā)出響聲或其他信號。

5.3 基本操作

1）開機預(yù)熱后，將外觀檢查正常的扳子放在檢定裝置上，調(diào)整檢定儀零位，按額定值預(yù)扭3次；雙向扭矩扳子，在進行反向加載前同樣要預(yù)扭3次；預(yù)置式設(shè)定值更換后，也要先預(yù)扭3次。

2）檢定時，應(yīng)按其使用方向平穩(wěn)加載，不得產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。

3）指針式有從動指針的必須帶動從動指針進行檢定。

4）預(yù)置式扭矩扳子，將扭矩扳子調(diào)整至所需檢定點，然后將扭矩扳子正確地安裝在檢定裝置上，調(diào)整零位后，選用峰值保持功能，平穩(wěn)施加扭矩至扳子發(fā)出響聲或其他信號。

6 結(jié)束語

通過以上分析，對現(xiàn)有扭矩扳子檢定儀選型及對扭矩扳子的檢定已有比較全面系統(tǒng)的了解，在實際選型中可從儀器的先進性、可靠性、經(jīng)濟性、實用性方面綜合考慮。如生產(chǎn)裝配車間的現(xiàn)場校驗，壁掛式有足夠響應(yīng)速度、峰值保持功能的儀器較為實用；實驗室檢定，扳子規(guī)格單一，采用固定傳感器的臺式儀器既能保證檢測精度又能提高工作效率；專業(yè)計量檢定部門，面對不同的用戶需求，精度要求高、覆蓋的量程范圍要求大，有必要采用精度高、自動化程度高、能更換系列傳感器的檢定儀?？傊鶕?jù)不同的檢測要求選用相應(yīng)的儀器。

[1] 全國力值、硬度計量技術(shù)委員會. JJG 707—2003 [S]. 北京：中國計量出版社，2003.

[2] 全國力值、硬度計量技術(shù)委員會. JJF1011—2006 [S]. 北京：中國計量出版社，2006.

[3] 全國五金制品標準化技術(shù)委員會. GB/T15729—1995 [S]. 北京：中國標準出版社，1995.

[4] 趙國夫. 臺式扭矩扳子檢定儀檢定方法探討[J].中國計量，2009，162（5）：112-113.

[5] 王恩鋒. 扭矩扳子檢定儀加載系統(tǒng)誤差分析[J]工業(yè)計量,2007（6）：25-27.