電動、氣動扭矩擰緊機(jī)校準(zhǔn)過程測量不確定度評定

黃湘奇 余紅琳

摘 要：螺栓或螺母的擰緊應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)的裝配是普遍現(xiàn)象，一臺機(jī)器有成百上千個零件采用螺栓緊固的方法裝配，在大批量生產(chǎn)中又由多人在不同的工位里完成的。且每天又要裝配幾百或上千臺機(jī)器，并且還要擰緊到產(chǎn)品圖紙規(guī)定的擰緊力矩的數(shù)值。為了提高生產(chǎn)效率、保證螺栓的擰緊力矩，就要選用準(zhǔn)確的扭矩擰緊機(jī)。如何確保扭矩擰緊機(jī)的扭力值，就需要對擰緊機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)，而校準(zhǔn)過程中容易受校準(zhǔn)條件和測量誤差的影響。所以，如何有效的控制隨機(jī)誤差和未定的系統(tǒng)誤差，也就成為了機(jī)械行業(yè)十分關(guān)注的課題。

關(guān)鍵詞：扭矩擰緊機(jī);校準(zhǔn)條件;校準(zhǔn)過程;測量不確定度

不確定度就是表征被測量的真值所處的量值范圍的評定。它是對測量結(jié)果受測量誤差影響不確定程度的科學(xué)描述。具體地說，不確定度定量地表示了隨機(jī)誤差和未定系統(tǒng)誤差的綜合分布范圍，它可以近似地理解為一定置信概率下的誤差限值。因此以下將以阿特拉斯公司生產(chǎn)的扭矩擰緊機(jī)來講述電動、氣動扭矩擰緊機(jī)校準(zhǔn)過程中的測量不確定度的評定。

1 概述

1.1 測量方法：依據(jù)JJF 1610-2017 電動、氣動扭矩扳子校準(zhǔn)規(guī)范

1.2 環(huán)境條件：溫度（20±10）℃，每小時變化不應(yīng)大于0.5℃，相對濕度不大于85%，無影響正常工作的振動沖擊，無強(qiáng)烈電磁干擾。

1.3 測量標(biāo)準(zhǔn)器：標(biāo)準(zhǔn)的扭矩傳感器，（0—20）N·m的傳感器的擴(kuò)展不確定度為 Urel=0.30% （k=2）;（18—180）N·m的傳感器的擴(kuò)展不確定度為Urel=0.30%（k=2）;（140—1400 ）N·m的傳感器的擴(kuò)展不確定度為 Urel=0.76%（k=2）。

1.4 被測對象：采用最大允許誤差±2.5%，測量范圍為在（ 0—20）N·m的扭矩擰緊機(jī);最大允許誤差±2.5%，測量范圍為在（ 18—180）N·m的扭矩擰緊機(jī);最大允許誤差±2.5%，測量范圍為在（ 140—1400）N·m的扭矩擰緊機(jī)。

1.5 測量過程：將扭矩傳感器與扭矩擰緊機(jī)按照正確的方式連接，使其準(zhǔn)確的處于同軸連接狀態(tài)，開機(jī)預(yù)熱擰緊機(jī)，選定加載方向（通常是順時針方向），頂載滿量程三次，選取在測量范圍內(nèi)的三個測量點，每個測量點分別重復(fù)測量十次，計算每個測量點的平均值，其與標(biāo)準(zhǔn)扭矩值的差值為示值誤差。

1.6 評定結(jié)果的使用：在符合上述條件下的測量結(jié)果，一般可直接使用本不確定度的評定結(jié)果。

2 數(shù)學(xué)模型

Δ=X - X0

式中： △～被檢扭矩擰緊機(jī)的示值誤差;

X～被檢扭矩擰緊機(jī)的平均值;

X0～被檢扭矩擰緊機(jī)的示值。

3 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

3.1 標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器本身引起的不確定度分量u11;u21;u31 。

標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器的擴(kuò)展不確定度一般在校準(zhǔn)證書中可以得到，可以將給出的擴(kuò)展不確定度除以包含因子k，就得出標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。假如證書中沒有給出擴(kuò)展不確定度，則可約定對每個測量點的擴(kuò)展不確定度 U，當(dāng)k=3時，小于或等于規(guī)程中規(guī)定的最大允許誤差的1/3。

根據(jù)B類不確定度評定方法，可查校準(zhǔn)證書得知標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器本身引起的不確定度：標(biāo)準(zhǔn)的扭矩傳感器，（ 0—20）N·m的傳感器的擴(kuò)展不確定度為 U =0.30%（k=2） ，則u11=0.15%;（18—180）N·m的傳感器的擴(kuò)展不確定度為U =0.30%（k=2），則u21=0.15%;（140—1400 ）N·m的傳感器的擴(kuò)展不確定度為 U =0.76%（k=2），則u31=0.38%。

3.2 測量重復(fù)性引入的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u12;u22;u32 。

①選取示值18 N·m 為校準(zhǔn)點，用（ 0—20）N·m 的標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器進(jìn)行連續(xù)10次測量，得到測量數(shù)據(jù)為：18.56、18.54、18.62、18.40、18.71、18.63、18.57、18.77、18.53、18.89平均值為18.6。

采用貝塞爾公式計算 ?S= false=0.14 N·m

則由重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：

u22=S/X·31/2=0.434%

②選取示值115 N·m 為校準(zhǔn)點，用（ 18—180）N·m 的標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器進(jìn)行連續(xù)10次測量，得到測量數(shù)據(jù)為：115.4、116.5、116.8、116.2、117.4、116.4、115.9、116.0、117.7、116.8平均值為116.52。

采用貝塞爾公式計算，則 S=0.71 N·m

則由重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：u22=0.352%

③選取示值670 N·m 為校準(zhǔn)點，用（140—1400）N·m 的標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器進(jìn)行連續(xù)10次測量，得到測量數(shù)據(jù)為：669.8、667.4、669.2、670.8、672.9、670.2、670.4、669.9、669.7、669.8平均值為670.21。

采用貝塞爾公式計算，則 S=1.05 N·m

則由重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：u32=0.090%

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc的評定

5 擴(kuò)展不確定度Up的評定

k取2時，擴(kuò)展不確定度為：

U1 ?=k×uc1=2×0.46%≈0.92%

U2 =k×uc2=2×0.38%≈0.76%

U3 =k×uc3=2×0.39%≈0.78%

6 測量結(jié)果不確定度報告

測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：

U1=0.92% k=2; ?U2=0.76% k=2; ? ?U3=0.78% k=2

通過此次不確定度評定，測量設(shè)備和測量過程滿足計量要求。

結(jié)束語

綜上所述，本文基于通過研究電動、氣動扭矩擰緊機(jī)校準(zhǔn)過程中的測量不確定度的評定，描述其在擰緊機(jī)測量中的應(yīng)用，可以用來解決擰緊機(jī)現(xiàn)場測量中的一些基本問題，有效的提高工業(yè)車輛的質(zhì)量。日后加強(qiáng)研究并科學(xué)有效的進(jìn)行擴(kuò)展延伸，為企業(yè)帶來更大的社會效益和經(jīng)濟(jì)利益。

參考文獻(xiàn)：

[1]CNAS-CL01：2006《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》

[2]GB/T 27418-2017 《測量不確定度評定和表示》

[3]JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》