扭矩扳子檢定裝置測量不確定度評定

張昌俊，張伏龍，張華

(中國人民解放軍63963 部隊 計量站，北京100072)

0 引言

扭矩扳子在裝甲裝備研制和保障工作中應(yīng)用十分廣泛，如發(fā)動機的拆裝、變速箱的拆裝、炮塔的拆裝和底盤的拆裝等等，這些扭矩扳子量值的準確與否關(guān)系到操作對象安裝的準確性以及安全性，并進而影響到裝備研制和保障工作的質(zhì)量。

為了對扭矩扳子開展計量校準，本計量站建立了扭矩扳子檢定裝置。在建標過程中，為了考核標準裝置的性能，驗證標準裝置能否達到JJG707 －2003 《扭矩扳子檢定規(guī)程》的要求，依據(jù)GJB2749A－2009 《軍事計量測量標準建立與保持通用要求》、GJB3756 －99《測量不確定度表示及評定》，開展了標準裝置測量不確定的評定。

1 評定方法

建立的扭矩扳子檢定裝置型號為NJY －1000，配三個扭矩傳感器，量程分別為5 ～50 Nm，50 ～500 Nm，200 ～1000 Nm，準確度等級為0.5。

測量環(huán)境溫度為(20 ±3)℃，相對濕度40% ～70%RH。

被測對象:①TG20 型扭矩扳子，編號196，量程5 ～20 Nm，測量點5 Nm，最大允許誤差±5%;②TG100 型扭矩扳子，編號196，量程20 ～100 Nm，測量點25，50 Nm，最大允許誤差±4%;③TG300 型扭矩扳子，編號0703024，量程60 ～300 Nm，測量點200，250 Nm，最大允許誤差±4%;④TG760 型扭矩扳子，編號0711190，量程280 ～760 Nm，測量點500 Nm，最大允許誤差±4%;⑤TG2000 型扭矩扳子，編號071，量程750 ～2000 Nm，測量點1000 Nm，最大允許誤差±4%。

測量方法:測量標準重復性測試和穩(wěn)定性考核時，用專用砝碼、標準杠桿對扭矩扳子檢定儀施加標準扭矩;檢定扭矩扳子時，將扭矩扳子安裝在扭矩扳子檢定裝置上，將扭矩值預(yù)置為測量點的值，將標準裝置顯示器設(shè)置為最大值顯示方式，通過棘輪裝置加力，當扭矩達到設(shè)定值時，扳子會發(fā)出響聲，此時扭矩扳子檢定裝置顯示的扭矩即為標準扭矩。

數(shù)學模型〔1〕為

式中:e 為示值誤差;Mi為每一檢定點扭矩扳子的示值;為每一檢定點檢定中標準裝置示值的平均值。

2 測量標準的不確定度評定

2.1 不確定度分量評定

1)測量重復性引入的標準不確定度u1，(按A 類方法評定)

用測量結(jié)果平均值的實驗標準偏差表示。用扭矩專用砝碼、標準杠桿，對扭矩扳子檢定儀施加標準扭矩，每個量程取高、中、低3 個測量點，在相同條件下短時間內(nèi)，每一個測量點分別重復測量6 次，重復性實驗標準偏差s，不確定度u1=，結(jié)果見表1 測量重復性引入的不確定度。

2008年10月17日，中國工會第十五次全國代表大會在北京隆重開幕，習近平代表黨中央作了題為《在奪取全面建設(shè)小康社會新勝利中充分發(fā)揮工人階級主力軍作用》的致辭，指出：“工會工作是黨的群眾工作的重要組成部分。各級黨委和政府要堅決貫徹落實全心全意依靠工人階級的方針，進一步重視發(fā)揮工會組織的重要作用，切實加強和改善黨對工會的領(lǐng)導，支持工會依照法律和自己的章程開展工作，及時研究解決工會工作中的重大問題和實際困難。要把更多的資源和手段賦予工會組織，把黨政所需、職工所急、工會所能的事更多地交給工會組織去辦，不斷擴大工會組織的社會影響力，為工會事業(yè)發(fā)展創(chuàng)造更好環(huán)境。”

表1 測量重復性引入的不確定度 Nm

2)測量標準示值分辨力引入的不確定度u2(按B類方法評定)

示值分辨力引入的誤差取最小顯示位數(shù)Δ 的1/2，按平均分布，，結(jié)果見表2 測量標準示值分辨力引入的不確定度。

表2 測量標準示值分辨力引入的不確定度 Nm

3)扭矩儀的示值誤差引入的不確定度u3，(按B類方法評定)

表3 示值誤差引入的不確定度 Nm

(4)示值穩(wěn)定性引入的不確定度u4，(按B 類方法評定)

測量標準穩(wěn)定性測試時，用扭矩專用砝碼、標準杠桿對扭矩扳子檢定儀施加標準扭矩，每個量程取低、中、高3 個測量點，在相同條件下重復測量6 次，取其算術(shù)平均值作為測量結(jié)果，每隔一個月以上測量一次，共測4 次，用極差法計算測量標準的穩(wěn)定性，，d4=2.06，結(jié)果表4 示值穩(wěn)定性引入的不確定度。

表4 示值穩(wěn)定性引入的不確定度 Nm

2.2 合成標準不確定度

合成標準不確定度結(jié)果見表5。

2.3 擴展不確定度

測量標準擴展不確定度U =kuc，取k =2，置信度為95%，結(jié)果見表6 擴展不確定度。

表5 合成標準不確定度 Nm

表6 擴展不確定度 Nm

3 測量結(jié)果的測量不確定度評定

3.1 不確定度分量評定

1)測量重復性分量引入的標準不確定度u1(按A類方法評定)

用測量結(jié)果算術(shù)平均值的實驗標準偏差表示。對扭矩扳子的各個測量點，在相同條件下進行6 次重復測量，按公式(1)進行計算各測量結(jié)果中此分量的標準不確定度。

各測量點的測量數(shù)據(jù)及不重復性引入的標準不確定度如表7 測量重復性分量引入的標準不確定度。

表7 測量重復性分量引入的標準不確定度 Nm

2)扭矩扳子檢定裝置分量的標準不確定度u2(按B 類方法評定)

扭矩扳子檢定裝置分量的標準不確定度可直接引用“3 測量標準不確定度評定”中合成標準不確定度結(jié)果，如表8 扭矩扳子檢定裝置分量引入的不確定度。

表8 扭矩扳子檢定裝置分量引入的不確定度Nm

3)指示器分辨力分量的標準不確定度u3的評定(按B 類方法評定)

標準裝置指示器的分辨力為顯示的最小位數(shù)，被檢扭矩扳子指示器分辨力為最小刻度的1/10，顯然，標準裝置指示器的分辨力值遠小于被檢扭矩扳子指示器分辨力，因此取被檢扭矩扳子指示器分辨力x3作為引入的不確定度的來源，按均勻分布，取包含因子k =，計算由此引入的標準不確定度分量u3，其結(jié)果按照公式(2)進行計算。結(jié)果見表9 指示器分辨力分量引入的標準不確定。

表9 指示器分辨力分量引入的的標準不確定Nm

4)扭矩扳子的復現(xiàn)性(安裝和受力狀態(tài))引入的不確定度u4(按B 類方法評定)［5］

由于扭矩扳子本身結(jié)構(gòu)特點以及校準過程中連接和施扭狀態(tài)存在的偏差(如由于扭矩扳子施扭方向的差異導致自身重量引入的附加扭矩、與扭矩扳子檢定裝置的敏感元件連接配合不理想導致的受力同軸度的偏差、安裝時受力水平度偏差、扭矩扳子在變形過程中把手與擋桿之間摩擦力矩引入的偏差以及人員操作穩(wěn)定度差異等因素)，使扭矩扳子在不同時間、不同人員、不同連接件以及不同標準器進行校準時，其校準數(shù)據(jù)會在一定范圍內(nèi)存在著分散性。此分散性會因扭矩扳子結(jié)構(gòu)特點的不同而不同，但對于一定準確度等級的扭矩扳子來說，盡管結(jié)構(gòu)形式各有差異，但其校準數(shù)據(jù)一般都集中在一個特定區(qū)域之內(nèi)，此區(qū)域的確定可通過大量的試驗或經(jīng)驗數(shù)據(jù)的積累來確定。因此由此引入的不確定度量可采用實際試驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法來進行評價。

為確定安裝和受力狀態(tài)引入的不確定度，針對每一個校準點，實驗室針對不同的狀態(tài)進行了試驗，這些試驗包括:扭矩扳子重復拆裝，改變扭矩扳子與扭矩扳子檢定儀的連接件的安放位置，更換同類連接件，在一定角度范圍內(nèi)改變樣品把手安裝高度，更換操作人員等，對不同的狀態(tài)記錄測量值。

根據(jù)試驗結(jié)果，按極差法計算其不確定度u4，取包含因子d6=2.53，u4按公式(3)進行計算，結(jié)果見表10 扭矩扳子的復現(xiàn)性(安裝和受力狀態(tài))引入的不確定度。

表10 扭矩扳子的復現(xiàn)性( 安裝和受力狀態(tài)) 引入的不確定度 Nm

5)其它影響因素(如試驗環(huán)境的影響等)

當各實驗室的試驗環(huán)境溫度集中在15 ～25℃之間時，由環(huán)境條件對試驗數(shù)據(jù)的影響可被忽略，即u5=0。

3.2 合成標準不確定度分析

扭矩扳子示值測量結(jié)果的各項影響因素互不相關(guān)，因此其合成標準不確定度按公式(4)進行計算，將3.1 中得到的各測量點各分量的計算結(jié)果代入，可得到各測量點測量結(jié)果的合成標準不確定度，結(jié)果見表11合成標準不確定度。

3.3 擴展不確定度的評定

取k=2，則其擴展不確定度U 按公式(5)進行計算，將表11 中得到的各測量點的計算結(jié)果代入，可得到各測量點測量結(jié)果的擴展不確定度，結(jié)果見表12擴展不確定度。

表12 擴展不確定度 Nm

4 結(jié)束語

測量標準的不確定度評定結(jié)果可用于驗證測量標準的性能;在符合上述測量條件的前提下，對扭矩扳子5，25，50，200，250，500，1000 Nm 測量點的測量，一般可直接使用本測量不確定度的評定結(jié)果，其它測量點的測量不確定度可參考本評定方法。

［1］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJG707 －2003 扭矩扳子檢定規(guī)程［S］. 北京:中國計量出版社，2003.

［2］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJG797 －1992，扭矩扳子檢定儀檢定規(guī)程［S］. 北京:中國計量出版社，1992.

［3］GJB2749A－2009 軍事計量測量標準建立與保持通用要求［S］.2009.

［4］國防科學技術(shù)工業(yè)委員會綜合計劃部.GJB3756 －99 測量不確定度的表示及評定［S］.1999.