扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

安民軍

[摘 ?要]隨著科學(xué)技術(shù)的更新和發(fā)展，扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)測(cè)量應(yīng)用范圍越來越廣泛扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)是用來檢測(cè)工作扭矩儀標(biāo)準(zhǔn)的裝置設(shè)備，在檢測(cè)程序中數(shù)據(jù)的不確定因素受到長(zhǎng)度、摩擦及穩(wěn)定性的影響。針對(duì)突出性問題需要通過大量的試驗(yàn)方法進(jìn)行深入研究探索，以此提升扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。文章主要對(duì)扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)測(cè)量結(jié)果不確定因素進(jìn)行了合理分析，并且對(duì)具體評(píng)定方法進(jìn)行了詳細(xì)說明，確保扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)測(cè)量的順利進(jìn)行。

[關(guān)鍵詞]扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī);不確定度計(jì)量;不確定度評(píng)定

中圖分類號(hào)：TG806 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）24-0047-01

1 扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)測(cè)量的評(píng)定對(duì)象

在對(duì)扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)量時(shí)一定要清楚扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的基本構(gòu)造、規(guī)格型號(hào)以及相關(guān)評(píng)定對(duì)象，才能針對(duì)不同的測(cè)試對(duì)象采取合理的方式方法，減少數(shù)據(jù)測(cè)量的誤差，對(duì)存在的不準(zhǔn)確因素及時(shí)進(jìn)行登記，并且加大信息資料的收集渠道，對(duì)存在的突出性問題進(jìn)行深入探索研究，提升整個(gè)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度，減少誤差的產(chǎn)生。還要清楚扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的基本數(shù)據(jù)，扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的全名是靜重式扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)俗稱是標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，具體規(guī)格型號(hào)為：DTM-1000，出廠設(shè)置編號(hào)為0107120，準(zhǔn)確度的測(cè)試等級(jí)一般為0.05級(jí)。

2 扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)測(cè)量的評(píng)定依據(jù)

扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)要根據(jù)相關(guān)的規(guī)章制度進(jìn)行有效測(cè)定，一般情況下是根據(jù)《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》與《扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)檢定規(guī)程》的信息說明進(jìn)行詳細(xì)的操作，有利于減少測(cè)試過程中不確定因素的產(chǎn)生，促進(jìn)扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)測(cè)量準(zhǔn)確性和完整性。扭矩測(cè)量機(jī)在測(cè)量每一個(gè)點(diǎn)時(shí)都有一個(gè)精確度問題，在測(cè)量機(jī)中俗稱“重復(fù)性”，在測(cè)量機(jī)精度指標(biāo)程序中中就反映了這一點(diǎn)。測(cè)量精確值所涉及的因素很多，反映了扭矩測(cè)量機(jī)整體的質(zhì)量效果。除機(jī)器設(shè)備的因素外，測(cè)量零件表面的形狀誤差也會(huì)影響測(cè)量點(diǎn)的不準(zhǔn)確性，導(dǎo)致這個(gè)誤差很難消除。

3 扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)測(cè)量結(jié)果的評(píng)定方法

3.1 力臂長(zhǎng)度變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μL

（1）由溫度變化引入力臂長(zhǎng)度變化的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度μLW。設(shè)力臂長(zhǎng)度由于溫度變化引起的允差極限為

±ΔLW，根據(jù)公式ΔLW=LαΔt。已知鋼材的膨脹系數(shù)為α=1.2×10-5℃-1，蘇州市計(jì)量測(cè)試研究所標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的力臂為L(zhǎng)=0.5m。根據(jù)檢定規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)溫度（20±5）℃，所以Δt=±5℃，ΔLW=0.5×1.2×10-5×5=3×10-5（m）當(dāng)采用均勻分布時(shí)得：

μLW=3×10-5/ =1.73×10-5（m）

（2）由測(cè)量長(zhǎng)度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μLC。根據(jù)檢定規(guī)程杠桿臂長(zhǎng)的最大允差為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)準(zhǔn)確度的1/3，所以杠桿臂長(zhǎng)的最大允差為±0.015%，當(dāng)采用均勻分布時(shí)得：

μLC=0.015%÷ =0.87×10-6

（3）擾度變形引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μLb。由于力臂受集中載荷產(chǎn)生彎曲變形使力臂長(zhǎng)度發(fā)生變化產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μLb。根據(jù)公式得到：θA=PL2/2EIP。已知θ極限值為0.115°，得到：ΔLb=1.25×10-7（m）。當(dāng)采用B類評(píng)定， 均勻分布時(shí)得：

μLb=1.25%×10-7÷ =0.72×10-7（m）

（4）力臂偏離水平位置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μLe。由于雖有水平臂拉平，但由于位移傳感器或水平指示有誤差，故引入力臂偏離水平的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。一般產(chǎn)生長(zhǎng)度變化為ΔLE=1.25×10-7（m），當(dāng)采用均勻分布時(shí)得：

μLe=1.25×10-7/ =0.72×10-7（m）

對(duì)沒有校準(zhǔn)件的測(cè)量設(shè)備，可用工件在高一級(jí)測(cè)量?jī)x器（如三坐標(biāo)）測(cè)出值后做為樣件基準(zhǔn)值，當(dāng)工件或標(biāo)準(zhǔn)件的被測(cè)部位Ra≥0.8時(shí)，Cg、Cgk評(píng)定可降一級(jí)，最低為Cg≥1.33，Cgk≥1.33。 后一次測(cè)量務(wù)必不能受前一次的影響，整個(gè)過程中不允許對(duì)檢測(cè)設(shè)備作任何調(diào)整，其他操作者也按上述做法實(shí)施。

（5）力臂長(zhǎng)度與傳感器配合上引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μLt。當(dāng)力臂與傳感器配合時(shí)，產(chǎn)生在同一軸心線上引起的該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度，這是由于加工允差所產(chǎn)生的，從而由實(shí)際測(cè)量得到ΔLt=2.5×10-5（m）。設(shè)可能值在允差范圍內(nèi)，采用均勻分布時(shí)得：μLt=2.5×10-5÷ =0.14×10-6（m）。

綜上所述，得到力臂長(zhǎng)度變化的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μL，因此：μL= =0.90×10-6（m）。

3.2 作用力引入的相對(duì)不確定度μF/F

（1）專用砝碼引入的不確定度分量μFm。得知本所專用砝碼F2等，則允差極限為0.78×10-5N，設(shè)為均勻分布，則：μFm=0.78×10-5/ =0.45×10-5（N）。

（2）地理位置引起加速度變化而引入的相對(duì)不確定度分量μFg。因蘇州臨近上海，故采用上海地區(qū)的總力加速度g上海，已知由于地理位置引起的允差極限為？駐g=6×10-6m/s2，設(shè)為均勻分布，得到：μFg/g=6×10-6/9.7946× =0.35×10-6。

（3）溫度變化引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μFy。由于偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度（20℃）Δt℃，導(dǎo)致空氣密度和專用砝碼密度的變化，從而使密度因子Y=（1- 產(chǎn)生變化。設(shè)密度因子的最大變化量ΔY，按其公式 ΔY/Y=0.52198×10-6Δt，當(dāng)溫度變化為Δt=±5℃時(shí)，ΔY/Y=2.61×10-6，所以當(dāng)采用均勻分布時(shí)得到：μFy/y=2.61×10-6/ 1.51×10-6，根據(jù)以上所得

3.3 摩擦扭矩引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μf/T

根據(jù)測(cè)試得到其實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：s1=0.01N·m。根據(jù)測(cè)試得到其實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：s2=0.05N·m，所以摩擦力引起扭矩變化的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：

μf/T=（0.01+0.05）/1000=6×10-5軸心線變化引入的扭矩相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μδ/T。由于力臂中心和平衡臂中心不在同一軸線上，儀器測(cè)量誤差的變化。由測(cè)量并計(jì)算得出μδ/T=1.5×10-4標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的年穩(wěn)定度引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μs/S。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)由于長(zhǎng)時(shí)間使用，會(huì)引起年穩(wěn)定性的變化。根據(jù)檢定規(guī)程得知，我所的扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)年穩(wěn)定度為±0.025%，當(dāng)采用均勻分布時(shí)得到。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)重復(fù)性引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μR/R。由于在同一時(shí)間內(nèi)多次的測(cè)量引起了相對(duì)重復(fù)性的變化。根據(jù)檢定規(guī)程得知標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的示值重復(fù)性為0.02%。認(rèn)為其為均勻分布，得到：

3.4 相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度μc

根據(jù)上述分析得知，各分量互不相關(guān)，所以得到：

=0.60×10-4。？擴(kuò)展不確定度U取包含因子k=2，得到U=2μc=2×0.60×10-4=1.20×10-4<0.05%。

4 ?結(jié)語

通過對(duì)扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)測(cè)量不確定評(píng)定因素的合理分析，使我們充分認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生誤差的原因，并且根據(jù)扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)測(cè)量的方法進(jìn)行了詳細(xì)列舉以此減少不確定因素的產(chǎn)生，對(duì)今后工作中的扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)測(cè)量結(jié)果的不確定提供了明確的數(shù)據(jù)參考，為扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)測(cè)量帶來了極大的便利條件。

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