扭矩扳子測量審核注意事項及數(shù)據(jù)處理分析

林晴

（福建省計量科學研究院，福建 福州 350003）

0 引言

測量審核是被審核實驗室對被測物品進行實際測試，將測試結果與國家計量技術機構提供的參考值進行比較的活動。本文依據(jù)JJG707-2014《扭矩扳子檢定規(guī)程》，根據(jù)被審核實驗室測量審核數(shù)據(jù)與國家計量技術機構參考值進行分析，計算En值，最終得出測量審核結論，使得扭矩扳子的測量能力得到進一步的明確。

1 測量審核活動及其意義

測量審核是將被審核實驗室的測試結果與國家計量技術機構提供的參考值進行比較和判斷的活動[1]。能力驗證是利用實驗室間比對確定實驗室的校準/檢測能力或檢查機構的檢測能力，測量審核是能力驗證活動的重要組成部分。能力驗證是中國實驗室認可委員會（CNAL）評價實驗室具備技術能力的一種重要方法，是從技術上對實驗室測量能力的判斷與監(jiān)控的一種手段，同時，也是維持國際間認可機構互認的基礎之一[2-5]。

2 測量審核實施注意事項

（1）測量審核的樣品應是穩(wěn)定的，最好選擇已經(jīng)在實驗室間比對或測量審核中使用過的樣品；（2）測量審核樣品的準確度應與參加實驗室的校準和測量的準確度相適應；（3）通常情況下，測量審核樣品的選擇及運作程序應根據(jù)樣品特性使參加實驗室盡可能短的時間內（一般在8小時內）完成測量，對于專業(yè)特殊要求的，按照專業(yè)要求運作；（4）對實驗室進行測量審核時，提前告知實驗室做好準備，并要求實驗室按照規(guī)定的標準方法或規(guī)程進行測量；原則上僅允許實驗室進行一次測量，盡量避免實驗室多次重復測試；（5）采用適當?shù)陌b盒或其它的傳送方式，保證被審核的樣品特性在運送途中基本上不會發(fā)生變化。

3 測量審核數(shù)據(jù)處理

下面以我院參比的扭矩扳子測量審核為例，闡述測量審核數(shù)據(jù)分析及結果評價。

3.1 測量審核經(jīng)過描述

（1）測量方法：依據(jù)JJG707-2014扭矩扳子檢定規(guī)程；（2）環(huán)境條件：溫度：（23±5）℃，相對濕度：≤90%RH，在檢定過程中，室溫變化不超過1℃；（3）測量標準：名稱：扭矩扳子檢定儀；型號：AKC-100Nm；制造廠：中國航天科技集團第七〇一研究所；編號：045312；不確定度：Urel=0.5%（k=2）；（4）被測對象：名稱：扭矩扳子；型號：ZNB100A；制造廠：中國航空工業(yè)東方儀器廠；編號：0840273；（5）測量過程：將扭矩扳子安裝于扭矩扳子檢定儀，施加指定方向（順時針）載荷到被檢扭矩扳子的設定值，預載三次后,重復測量六次，以扭矩扳子示值為依據(jù)，記錄檢定儀上的每一次示值，并計算六次測量結果的算術平均值。

3.2 測量過程模型及測量結果的不確定度分析[6-10]

3.2.1 測量模型

式中：Mi——扭矩扳子在測量點的測量結果；——扭矩扳子相對應的測量值的算術平均值。

3.2.2 測量結果不確定度的來源分析

對于扭矩扳子，其示值不確定度主要來源于扭矩扳子示值重復性、分辨力、回零差、扭矩扳子的安裝和受力狀態(tài)影響、扭矩扳子檢定裝置的準確度等級及其他影響因素。各不確定度分量來源評定如下所示：

表1 重復性測量數(shù)據(jù)Table 1 Calibration data of repeatability

（2）ZNB100A扭矩扳子其指示器分辨力為0.2Nm，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u2。該扭矩扳子分辨力按照公式（5）進行計算，計算結果詳見表2。

表2 u2的評價結果Table 2 Evaluation results of u2

（3）扭矩扳子回零誤差引入的標準不確定度u3的評定。對于試驗過程中讀取的首個測量點的測量結果，可不考慮回零誤差引入的標準不確定度，回零誤差按0.00Nm計算。根據(jù)不同扭矩扳子的不同測量結果，確定其它測量點的回零誤差，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。該扭矩扳子回零誤差按照公式（6）進行計算，計算結果詳見表3。

表3 u3的評價結果Table 3 Evaluation results of u3

（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。由于扭矩扳子本身結構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)會在一定范圍內存在著分散性。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)相結合的方法來進行評價。

在對各類扭矩扳子長期的校準過程中，參考試驗室針對不同結構的扭矩扳子進行了大量的試驗，積累了一定的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。對于1級扭矩扳子來講通常其數(shù)值的分散性一般不超過±0.5%。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u4。該扭矩扳子復現(xiàn)性按照公式（7）進行計算，計算結果詳見表4。

表4 u4的評價結果Table 4 Evaluation results of u4

（5）扭矩扳子檢定裝置的標準不確定度分量5u（參照B類方法評定）。不同校準點采用的扭矩扳子檢定裝置的不確定度一致，統(tǒng)一為Urel=0.5%（k=2），計算由標準器引入的標準不確定度分量u5。該項不確定度評定結果按照公式（8）進行計算，計算結果詳見表5。

表5 u5的評價結果Table 5 Evaluation results of u5

3.2.3 合成標準不確定度的評定

扭矩扳子示值測量結果的各項影響因素互不相關，因此其合成標準不確定度按公式（9）進行計算，將上面得到的各測量點各分量的計算結果代入，可得到各測量點測量結果的合成標準不確定度，如表6所示。

表6 uc的評價結果Table 6 Evaluation results of uc

3.2.4 擴展不確定度評定

取k=2，則其擴展不確定度U按公式（10）進行計算，將式（10）中得到的各測量點各分量的計算結果代入，得到各校準點測量結果的擴展不確定度，計算結果詳見表7。

表7 U的評價結果Table 7 Evaluation results of U

4 測量審核結果分析

參考實驗室和參與實驗室的測量結果和不確定度如表8所示：

表8 主導實驗室和參比實驗室的測量結果和不確定度Table 8 Measurement results and uncertainty of pilot and participating laboratory

根據(jù)公式（11）計算測量審核的En值，∣En∣≤1，表示測量審核結論滿意。

式中，x為被審核實驗室的測量結果，Ulab為參考值，Ulab為被審核實驗室結果的不確定度，En為國家計量技術機構實驗室參考值的不確定度。由En值計算結果可知，所參比的扭矩扳子測量審核結論滿意，從而得出扭矩扳子的校準和測量能力（CMC）。