扭矩扳子扭矩值测量结果的不确定度分析

　　扭矩扳子的扭矩示值校准在专用扭矩校准台上进行。扭矩校准台是扭矩扳子溯源必不可少的专用设备，它是根据杠杆荷重原理，即在一定臂长的杠杆上加 挂一定数量的专用砝码，产生标准扭矩，由扭矩扳子示值与标准扭矩之差得到扭矩示值误差。常规的扭矩扳子校准台采用滚动轴承和扭矩扳子固定端组成，滚动轴承 上安装垂直圆盘，以保证在加载过程中扭矩力臂部分始终以圆盘半径为力臂长度，并用薄铜带与砝码盘连接。本文依据JJG707-2003《扭矩扳子检定规 程》，对标称扭矩为1000N·m、最大引用误差为±1.0% FS(满量程)的扭矩扳子的扭矩示值测量结果进行不确定度评定。

　　1 数学模型

　　式中，Δ为扭矩扳子在测量点的扭矩示值误差;M_X为在扭矩扳子在测量点扭矩示值的算术平均值;MN为标准扭矩。

　　2 输入量的标准不确定度评定

　　主要不确定度分量：1)扭矩扳子的测量重复性;2)扭矩扳子套筒安装引起的不确定度;3)力臂长度测量不确定度;4)环境温度变化引起的不确定度;5)砝码质量不确定度;6)重力加速度不确定度;7)圆盘支承轴承摩擦力矩。

　　2.1 输入量MX的标准不确定度u(M_X)的评定

　　该项不确定度的来源如下：被校扭矩扳子的测量不重复性;安装引起的测量数据的不重复性。现将它们作为A 类不确定度进行评定。将标称扭矩为1000N·m扭矩扳子装在扭矩扳子校准台，选择测量点500N·m，在重复性条件下，进行10 次重复安装测量，得到测量列及统计分析如表1 所示。

　　表中，为算术平均值；为单次实验标准差。

　　表中，实际情况下，在重复性条件下连续测量5 次，以5 次测量值的算术平均值作为测量结果，所以：

　　用相对值表示：

　　2.2 标准不确定度u(M_N)的评定

　　校准台的其它主要不确定度来源是：力臂长度(圆盘半径)测量不确定度;环境温度变化引起的不确定度;砝码质量不确定度;重力加速度不确定度以及圆盘支承轴承摩擦力矩引入的不确定度。把上述不确定度作为 B 类标准不确定度进行评定。

　　2.2.1 力臂长度测量不确定度u(Δ_L)

　　力臂长误差主要影响因素是由测量和环境变化所引起的，其误差极限值绝对值计算公式为：

　　式中，ΔL 为力臂长误差极限值，m;ΔL_C为测量误差，m;ΔL_t为环境温度变化引起的误差，m。

　　1)力臂测量误差

　　力臂长是指支承中心到圆盘弧面之间距离(包括钢带半厚)，用15Mn 钢制造。圆盘圆弧面的加工，以支承中心为圆心，以臂长为半径，用专用磨头磨削加工而成。两端的对称度及跳动较好，其跳动量小于0.01mm。