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      扭矩扳子檢定儀的不確定度分析與評(píng)定

      2019-02-02 04:11馮天宇
      品牌與標(biāo)準(zhǔn)化 2019年3期
      關(guān)鍵詞:不確定度

      馮天宇

      【摘要】 本文介紹了扭矩扳子檢定儀的測(cè)量方法,根據(jù)JJG 797-2013《扭矩扳子檢定儀》檢定規(guī)程和JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》的相關(guān)要求,對(duì)扭矩扳子檢定儀進(jìn)行了測(cè)量,并對(duì)其不確定度進(jìn)行了分析和評(píng)定。

      【關(guān)鍵詞】 扭矩扳子檢定儀;示值誤差;不確定度

      【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2019.03.009

      Abstract: This paper introduced the measuring method of calibration instrument for torque wrenches. According to the provision in JJF 797-2013 Calibration Instrument for Torque Wrenches and JJF 1059.1-2012 Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement,the calibration instrument for torque wrenches were measured,and the uncertainty of calibration instrument for torque wrenches were analyzed and evaluated.

      Key words: calibration instrument for torque wrenches;indication error;uncertainty

      扭矩扳子檢定儀(以下簡(jiǎn)稱扭矩儀)主要是用來(lái)檢測(cè)扭矩扳子的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)儀器。扭矩儀的誤差直接影響扭矩扳子的精度,因此對(duì)扭矩儀的溯源十分重要。檢定扭矩儀的標(biāo)準(zhǔn)器可采用標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子或杠桿和砝碼,在出具校準(zhǔn)證書(shū)時(shí),需要對(duì)扭矩儀進(jìn)行不確定度評(píng)定。如果標(biāo)準(zhǔn)器采用標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子,則由標(biāo)準(zhǔn)器帶來(lái)的不確定度分量只有一個(gè),且和被測(cè)扭矩儀同樣為扭矩單位,評(píng)定過(guò)程比較簡(jiǎn)單;如果標(biāo)準(zhǔn)器采用杠桿和砝碼,則需要對(duì)杠桿和砝碼帶來(lái)的不確定度分別進(jìn)行分析,過(guò)程相對(duì)繁瑣一些。本文結(jié)合工作實(shí)踐,以杠桿和砝碼作為標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)扭矩儀進(jìn)行測(cè)量,對(duì)其不確定度進(jìn)行分析和評(píng)定,為相關(guān)測(cè)量提供參考。

      1 概述

      1.1 測(cè)量依據(jù)

      按照J(rèn)JG 797-2013《扭矩扳子檢定儀》檢定規(guī)程中相關(guān)條款規(guī)定的檢定方法進(jìn)行測(cè)量。

      1.2 環(huán)境條件

      環(huán)境溫度:0.3級(jí)、0.5級(jí)扭矩儀為(20±5) ℃;1.0級(jí)、2.0級(jí)扭矩儀為(20±10) ℃。校準(zhǔn)過(guò)程中溫度的變化不應(yīng)超出±2 ℃,相對(duì)濕度不大于80%。校準(zhǔn)過(guò)程中無(wú)振動(dòng)、沖擊、電磁場(chǎng)及其他干擾源。

      1.3 測(cè)量所用標(biāo)準(zhǔn)器

      采用扭矩儀校準(zhǔn)裝置作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,主要包括杠桿和砝碼。

      1.4 被測(cè)對(duì)象

      測(cè)量范圍為2~10 Nm的扭矩儀,其最大允許誤差為1%。

      1.5 測(cè)量方法

      采用杠桿和砝碼作為扭矩儀校準(zhǔn)裝置對(duì)被測(cè)扭矩儀進(jìn)行校準(zhǔn),將杠桿與扭矩儀同軸串接,并對(duì)杠桿進(jìn)行靜力平衡,保證初始扭矩為零。校準(zhǔn)前在最大扭矩值下預(yù)扭3次,并將指示裝置的指示器調(diào)至零點(diǎn)。先校準(zhǔn)順時(shí)針?lè)较?,按選定的檢定點(diǎn)逐級(jí)平穩(wěn)的施加所需砝碼至最大扭矩值,然后卸除砝碼,進(jìn)行3次測(cè)量,以3次測(cè)量的平均值作為測(cè)量結(jié)果。

      2 數(shù)學(xué)模型

      2.1 示值誤差

      扭矩儀的示值誤差計(jì)算公式為:

      2.2 示值誤差的合成不確定度

      由于式中三個(gè)變量之間相互獨(dú)立,所以根據(jù)不確定度傳播率公式可得出其示值誤差的合成不確定度為:

      2.3 靈敏系數(shù)

      經(jīng)計(jì)算,可得出靈敏系數(shù)為:

      3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

      由上述公式可看出,示值誤差的影響量主要有標(biāo)準(zhǔn)砝碼的力值、標(biāo)準(zhǔn)杠桿的長(zhǎng)度和被檢扭矩儀的扭矩。分別求出三者的不確定度分量即合成示值誤差的不確定度。

      3.1 砝碼力值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u(F)]的評(píng)定

      用B類不確定度評(píng)定,10 N的標(biāo)準(zhǔn)力值砝碼最大允許誤差為0.05%,其最大偏差為:

      按均勻分布計(jì)算,其不確定度為:

      3.2 杠桿力臂長(zhǎng)度的不確定度分量[u(L)]

      用B類不確定度評(píng)定,0.2 m的檢定杠桿力臂長(zhǎng)度最大允許誤差為0.1%,其最大偏差為:

      按均勻分布計(jì)算,其不確定度為:

      3.3 扭矩儀的不確定度分量[u(M)]

      3.3.1 由測(cè)量重復(fù)性帶來(lái)的不確定度分量[u1(M)]

      用杠桿和砝碼對(duì)被測(cè)扭矩儀在2 Nm的測(cè)量點(diǎn)重復(fù)測(cè)量3次,得到數(shù)據(jù)2.01 Nm、2.01 Nm、2.00 Nm,得實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為:

      其不確定度為:

      3.3.2 由扭矩儀分辨力帶來(lái)的不確定度分量[u2(M)]

      用B類不確定度評(píng)定,被檢扭矩儀的分辨力為0.01 Nm,則區(qū)間半寬度為0.005 Nm,按均勻分布計(jì)算,則:

      由于不確定度分量[u1(M)]和[u2(M)]大小相當(dāng),保守起見(jiàn),合成不確定度為:

      4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成

      各分量的參數(shù)匯總?cè)绫?所示,其中不確定分量由標(biāo)準(zhǔn)不確定度和靈敏系數(shù)的乘積求得,由于示值誤差為相對(duì)值,所以所得不確定度分量都為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

      各輸入量彼此獨(dú)立不相關(guān),所以合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

      5 相對(duì)擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

      因?qū)Y(jié)果影響最大的分量為被檢扭矩儀帶來(lái)的不確定度,其為正態(tài)分布,所以取包含因子[k=2],可得:

      6 結(jié)語(yǔ)

      通過(guò)采用杠桿和砝碼作為標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)準(zhǔn)確度等級(jí)為1級(jí)的扭矩儀進(jìn)行測(cè)量,并給出其示值誤差測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定過(guò)程。由于標(biāo)準(zhǔn)器分為杠桿和砝碼兩個(gè)部分,所以存在兩個(gè)由標(biāo)準(zhǔn)器帶來(lái)的不確定度分量,為使評(píng)定結(jié)果足夠可靠,杠桿和砝碼均采用JJG 797-2013《扭矩扳子檢定儀》檢定規(guī)程中1級(jí)扭矩儀所對(duì)應(yīng)的最大允許誤差,而對(duì)于被檢扭矩儀,由重復(fù)性和分辨力帶來(lái)的不確定度分量的值相差不大,故將二者合成。其它不同規(guī)格的扭矩儀測(cè)量點(diǎn)不同,可參考本文的不確定度評(píng)定過(guò)程。

      【參考文獻(xiàn)】

      [1] 扭矩扳子檢定儀:JJG 797-2013[S].

      [2] 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示:JJF 1059.1-2012[S].

      [3] 劉鑫.扭矩傳感器校準(zhǔn)和不確定度評(píng)定[J].商品與質(zhì)量,2017(27):208-209.

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