扭矩扳手检定仪的研究现状与发展趋势

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Research Status and Development Trend on Torque W rench CalibratorYANG Wu-cheng，SONG Wen-xue，LUO Geng-he，WANG Yu(Department of Mechanical Engineering，Xian Aeronautical University，Xian 710077，China)Abstract：According to the producing background of the torque wrench calibrator，the research status at home andabroad on automobile torque wrench calibrator are analyzed.Based on the analyzing results and combining with the pres-ent science technical development，the development trend of torque wrench calibrator is discussed.It is pointed out thatthe reliability and convenience will lead the torque wrench calibrator from the existing manual equipment to automationinstrument。

Key words：torque wrench calibrator；research status；development trend；automation1 扭矩扳手检定仪的产生背景螺纹连接因其可重复拆装而获得越来越广泛 的应用，其主要的典型应用情况如表 1所示。在应用螺纹连接的行业，如飞机、汽车、精密设备等制造业中，在螺纹拧紧作业中投入的人力和费用越来越多。尤其对于-些重要的螺纹连接，不但要求工作效率高，对工作的质量如拧紧力、扭矩等也有准确度要求。在装配过程中，如果扭矩过大，严重超过螺纹连接件材料的屈服极限，就会使螺纹连接件的螺纹断裂、失效 ，紧固失败；如果扭矩过小，则达不到紧固夹紧效果 ，也会造成紧固失败。因此，为确濒固件的鹏质量 ，各机械产品的紧同过程中广泛使用到扭矩扳手，以保证各紧固件的鹏力矩。

表 1 典型螺纹连接应用情况产品名称 电话机 冰箱 洗涤机 叉车 车床 棚车 轿车 飞机采用螺 73 275 ll5 940 l 65O l 200 3 500 15x10 纹数量由于上述原因，扭矩扳手应运而生。扭矩扳手可以把其产生的扭矩值直观地显示出来，以保证螺纹连接准确度。扭矩扳手就是集工具-仪器”于-身的-种新型设备 ，在航空、航天、船舶、汽车 、石化 、精密机械及精密仪器制造方面应用广泛。 目前，我国国内的扭矩扳手年产数十万件 ，正在使用中的扭矩扳手则以上百万计。

国内外扭矩扳手的发展 ，就螺栓鹏的方法而言 ，经历了监控扭矩值、转角监控、扭矩-转角联合监控、屈服极限控制等阶段。就其产品而言，扭矩扳手的准确度几十年来的进展情况如表 2所示。

扭矩扳手的检定方法有两种 ，其-是产生-标准扭矩与被检扭矩扳手的显示 比较 ，以判断后者是否合格；其二是使用准确度高-级的扭矩扳手或扭矩测量仪器与被检扭矩扳手同时感受 同-扭矩值 ，两者进行对 比，就可以判断后者合格与否。

表 2 扭矩扳手产 品准确度进展情 况时间 产品类型 准确度1950正 气动冲击扳 手 ±30%1960拄 中断装置气动扳手 土16%I970年 带关闭阀的气动扳手 ±IO%1975正 带离合器的气动扳手 4-8%1980焦 带扭矩-转角传感器的气动扳手 ±5%1990拄 带扭矩-转角传感器的电动和气动扳手 ±3%2000正 带扭矩传感器的扳手 ±l%收稿 日期 ：2013-04基 金项 目：陕西 侍 育厅专项科研项 目(2010JK618)作者简介：杨武成(1976-)，男，硕士，讲师，主要从事机械制造基础 、机械制造技术、计算机仿真和优化设计等方面的教学 、研究工作 。

2013年第 8期 仪 表 技 术 ·49·随着 中国工业化水平的提高，传感器技术 、计算机技术 的发展 ，各种智能化的检测设备不断出现 ，使扭矩测量更为精确，扭矩扳手使用更加方便。而近几年扭矩工具的大量普及 和运用 ，使得各行各业更加迫切需要高效率、多功能、高准确度的扭矩扳手检定仪。原因在于扭矩扳手是-种计量器具 ，因而必须相隔若干时间对其进行检测检定。

2 扭矩扳手检定仪的国内外研究现状目前，国内外广泛使用的检测检定技术可以概括为利用单-传感器在其线性量程范围内进行有限的扭矩检定 。如表 3所示为单测试头的扭矩扳手检定仪的检测范围。除此之外 ，市场上还 有双测试 头、三测试头 、四测试头等。

表 3 扭矩扳手检定仪检测范 围(单测试 头 ，数据来 自陕西杰创科技有 限公 司 )型号 检定范围/(N·m) 分度值/(N·m)TC-2 0.4～2 0.000 5TC-5 1-5 0.0O1TC-lO 2～10 0.002TC-2O 4～20 0.005TC-50 10-5O O.O1TC-lOO 20～1OO O.02TC-200 40-200 O.O5TC-300 60～300 O lTC-500 l0O～500 0.1TC-1000 200-1 000 0.2TC-2000 400-2 000 O.5TC-3000 6OO-3 000 lTC-5000 1 000～5 000 1从表 3中可以看出，如果要检定 120～600 N·m设定范 围的扭矩扳手 ，就无 法用单测试头 的检定仪进行检测 ，目前的解决办法只有两个途径 ，-是用双测试头的检定仪分两次装夹进行检定，二是用更换测试头及扭矩传感器的办法分两次装夹进行检定。当然，两次装夹必然 带来 测量误差 ，影 响检定 的准确性 、权威性。另外 ，目前大多数检定仪还是使用人力进行检定工作中的扭矩加载、卸载，工作效率低下，载荷随机性误差增大，检定人员劳动强度较高。

在国内相关学术期刊已经刊载的相关研究方面，文献[6]提出在扭矩测量上使用简单的应变片来实现被测扭矩到电信号的转换，大大简化了传感器机械结构设计的复杂程度，提高了扭矩测量仪的精度；文献7]提出通过改进标定仪的基垂震性、标定台的平衡性 、标定杆的精密性等措施，解决了大量程扭矩传感器的标定难题。而中国-航北京长城计量测试技术研究所 的柴继新等研制的定值式扭矩扳手 自动检定装置系统，其工作原理是基于扳手加载到预设值后会自动打滑的工作特性，因打滑后扭矩释放，故预设值实际上就应该是打滑前的最大值，并通过计算机软件将数字仪表发送过来的数据进行比较，从中筛选出最大值，作为测量值与预设值进行计算和比较，然后判定扭矩扳手的合格与否。

以上论述主要都是用单个的扭矩传感器进行相关的扭矩检测 ，其检测范围受限于传感器的线性测量范围，而且无法实现任意量程范围的扭矩扳手在-台扭矩检定仪上-次装夹就可进行全部扭矩检测内容。

在 目前已经公开的专利技术方面，如 日本 国大 阪府捷太格特株式会社的加奥贵史等公开的发明专利 中提出了-种扭矩检测装置 ，通过调整-种磁敏感器件分别与各突起件之间的相对旋转位置，根据磁性信号的变化情况来检测扭矩 的变化情况。沈阳铁路局沈 阳工务器材厂工具分厂的袁 国华等公开的实用新型专利中提出了-种机械式扭矩扳手检测器，其由壳体、测杆 、测轴、转动轴承 、支承轴承 、测表 、刻度表盘 、表杆及支架等部件组成，测杆的-端与测轴中间固定铰接，另- 端与固定在壳体中的支承轴承外圈滑动铰接 ，在测轴两端各装有转动轴承并与壳体配合 ，测表上有 刻度表盘，表杆通过壳体 与测杆点接触 ，适用于检查 、测量各种扭矩扳手定值，标定扭力误差，调试校验扭矩等。

国营东方仪器厂的姚书玉等公开的实用新型专利中提出了-种扭矩扳子检定仪 ，通过-水平加力机构与扭矩传感器相连接，将扭矩传感器的电信号经电测数显板进行数字处理并显示。其特点是水平加力，屏弃了垂直加力的 自垂误差 ，且采用具有高速采样处理功能的单片机技术，实时采样处理，准确度较高。

上述专利虽然有用专用传感器解决扭矩检测问题 ，也提到了加载装置 ，但是还没有用到基于 PC的传感器数据采集、处理，还是利用单传感器进行检测，量程范围不大，扭矩的加载 、卸载等还是依靠人力等。基于多传感器 自动切换技术的全量程扭矩检测技术专利还没有 出现 。

对于扭矩检定仪 的国内外研究现状而言 ，总结起来如下所示 ：1)-台扭矩检定设备检 定-种扭矩扳手 ，缺点是检测范围小 ，要检测多种规格扭矩扳手就要有多套设备，成本高，究其原因，主要受限于传感器的有效测量范 围。

2)-台设 备检定多个规格 的扭矩扳手 ，采取 的方法是 ：(下转第 54页 )· 54· 仪 表 技 术 2013年第 8期的差值(程序段略)，从得到测得结果来看，测试完全符合原设计要求。

3 结束语本系统是建立在 LTX77测试仪上 ，由于该测试仪有较强的软件编写环境和较多信号源提供，所以自行开发的硬件、软件较为简单。如此形成的测试 系统具有测试精度高、可靠性好、速度快、成本低等特点，适合规模生产。