转矩测量仪校准及测量不确定度分析

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转矩测量仪校准及测量不确定度分析南京工艺装备制造有限公司 (江苏 21 0004) 余 慧1.转矩测量仪介绍转矩测量仪是对功能部件预紧转矩的变动量进行测量的仪器。其可测量功能部件旋转零部件之间由摩擦力引起的动态转矩值及其变动量。根据测量原理 ，采用高精度的传感器设计的功能部件动态预紧转矩测量仪的测量系统工作原理和结构如图1所示。

该转矩测量 仪是将测力传感器的图1 功能部件转矩测量仪的测量系统工作原理和结构输出信号送至力矩仪电器箱，经放大处理后自动将摩擦力值乘以力臂因数，并直接在其面板上显示转矩值。其输出信号经接 口电路送至计算机进行自动测量及数据处理。测量数据和结果可通过CRT显示或用打愈输出。

转矩测量仪的主要技术指标：测量转矩范围：(0.01～9.999)N·m；转矩显示分辨率 ：0.001N·m；最大允许误差：±0.02N·m。

2.功能部件转矩测量仪的校准功能部件转矩测量仪是测量功能部件重要技术性能指标 ，但其设计针对性强，属于专用测量仪器，目前没有统-的检定校准规范。我们参考相关规定，结合设计使用要求，制定实施对该转矩测量仪的自校准。

(1)校准主要方法 ：将功能部件转矩测量仪的各装置连接，在对应校准点施加标准法码，经测力传感器、力矩电器箱，其示值由转矩测量仪读出(见表1)。

表1 转矩对应表，砝码质量 转矩值 序号 备注/kg /N·m1 0.10 0.0492 0.5O 0.245 设置力臂因3 1.00 0.49 子为0.494 10.0 4.95 20.0 9.8接通电源，将力矩仪电器箱上完成设定转矩仪设计的力臂因子值。其对应值如表1所示。按图2所示 ，将0.1～20kg砝码置于测力传感器上进行测量 ，读取力矩仪 电器箱上显示的转矩值。

感器图2 转矩仪校准示意图(3)测量标准：标准测力砝码， 最大误差为±50mg。

3.数学模型△TT-T式中，△ 为在校准点转矩仪的示值误差； 于为转矩仪在校准点数次读数的平均示值 ； 为标准法码与力臂因子产生标准转矩。

4.测量不确定度来源分析转矩测量仪测量结果不确定度，主要来源于转矩示值重复性引入的A类分量；标准测力法码允许误差引入的B类分量；测力传感装置允许误差引入的B类分量；力臂长度变化引入的B类分量。

参磊 冷加工 65重 固 圆圆量rement5.输入量转矩仪测量结果不确定度分析与评定(1)输入量 的标准不确定度U(于)评定：输入量亍的标准不确定度来源主要是转矩仪测量的重复性，通过连续重复测量用A类方法评定。在规定的环境条件下，使用标准测力砝码对转矩仪施加负荷至测量点∩得到与标准力值相对应的转矩仪显示的转矩值。

表2单次测量值序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10(i)/N·m 0.489 0.485 0.483 0.489 0.494 0.489 0.495 0.49l 0.49 0.489T0.489 s-0.003 6选择 1kg标准法码作为校准点 ，连续测量10次，得到如表2所示的测量列及统计量。

， 计 转矩算术平均值： 亍 喜 。.489N (·m) - 转矩实验标准差 ：S ：0.003 6按照3组进行重复测量 ，每组在重复性条件下连续测量1ok ，得到-组数据 ，共3.1数据 (即m3，n10)。每组数据均计算实验标准差，从而得到其合并样本标准差。

合并样本标准差 √ 季 0.04 1式中，sj 为每组数据的实验标准差 ；m3，为测量组数。

在重复条件下连续测量3次，以该3次测量值的算术平均值作为测量结果，则在lmm标准法码校准点由重复性引入的A类标准不确定度为(于) 。/(3。)0.002 4(N·in)(2)输入量 的标准不确定度U ( )的评定标准测力法码定值不确定度引起的标准不确定度U( )lkg标准测力砝码最大允许误差为±50mg，均匀分布，包含因子k3 1/2，在校准点为U(F.)a/k0.028 9(N·m)u( )U( )/FO.028 9/1 0002.89×10 (N·m)测力传感器允许误差 引起的标准不确定度u66 参磊 冷加工 OO： I，I ( )。

测力传感装置给出的允许误差为±0.05N，均匀分布 ，用B类评定的方法，包含 因子k3 ，则( )U( )/F，2.9×10 (N·m)力臂长度变化引起的标准不确定度/4( )，用长度测量仪器测量力臂长度，误差为2×10 m，服从均匀分布，则u( ) (L) 1.2×10 (N·I1)由于标准测力法码定值引入的B类分量、测力传感器允许误差引入的B类分量和力臂长度变化引入的B类分量之间不相关联，因此合成B类不确定度分量为( )√ )2.94×10 (N·In)6.合成标准不确定度的评定经上述分析可知，转矩仪测量结果不确定度由4个分量合成 ：转矩仪测量 的重复性引入的u(于)，标准测力法码定值不确定度引起的标准不确定度(丁 )，测力传感器允许误差引起的标准不确定度U(丁 )和力臂长度变化引起的标准不确定度U( )。

(1)由建立的数学模型A TT-T，可得到灵敏系数为C ：-- ：-：1 OAT 1C201 - (2)标准不确定度汇总表 (见表3)。

表3 输入量的标准不确定度汇总表标准不确 标准定度分量 不确定度来源 不确定度 C。

U( .)U (亍) 转矩仪的重复性 O.o024 1输入量7的标准 ( ) 0.o02 9 1 不确定度(3)合成不确定度的计算：由于输入量于与71彼此独立不相关，所以合成标准不确定度为[ ·。(△ )0.003 87.扩展不确定度取 置 信 概 率P9 5% ，k2， 则 在 1 k g(0.49N·m)校准点处扩展不确定度为u9 kuc2×0.003 80.007 6 y 圆锥孔用量表的测量方法广州威而信精密仪器有限公司西爸公司 (西安 71 0075) 刘兴富陕西五环 (集团)实业有限责任公司 (西安 710038) 刘瑞玲圆锥结合在机械、仪器及工具等结构中应用广泛，实现圆锥结合的互换性，对提高产品质量、降低生产成本，具有重大意义。

圆锥与圆柱相比，圆锥结合有如下-些特点：(1)能保证结合件相互 自动对准中心 ，它不仅能使结合件的轴线重合得很好，而且经多次装拆亦不受影响。

(2)配合间隙或过盈的大猩以调整，通过调整内、外圆锥的轴向相对位置，可以改变配合间隙或过盈的大小，得到不同性质的配合，延长零件的使用寿命。

(3)配合紧密而又便于装拆 ，具有 自锁性能 ，能够传递-定的转矩 ，传动装置结构简单紧凑 ，加工和装配方便，经济性好。

圆锥参数的测量，如何正确选择测量方案和正确评定圆锥零件的质量，是提高圆锥零件质量，保证互换性不可缺少的环节。

圆锥参数-般包括：圆锥角 (或锥度c)；根据上述方法可得其他测量点扩展不确定度。

8.扩展不确定度的报告与表示转矩仪在lkg(0.49N·m)点的扩展不确定度是U0.007 6，k2。

9.校准方法符合性评定验证功 能 部 件 转 矩 测 量 仪 最 大 允 许 误 差 为0.02Nm，转矩测量仪测量结果不确定度与最大允许误差比值为0.007 6×0.49/0.020.19N·m

本文给出圆锥孔参数测量装置--现场实用的圆锥孔用量表”的设计方法，进行了比较详细论述 。

1.常用测量方法简介常用内、外圆锥零件参数的测量方法有：(1)比较测量方法 (量规法、涂色法)：将内、外锥零件涂色与圆锥塞、环规相接触，根据接触长度判断被测内、外圆锥角是否合格。这种方法要求测量者具丰富经验，且不知道内、外圆锥各参数的实际值。

(2)直接测量方法 (仪器测量法、正弦规测量法)：常用的仪器有工具显微镜、三坐标测量机等，环境条件要求高、价格昂贵，测量方法简便、操作比较复杂，不适合在车间现场测量。

(3)间接测量方法：测量与被测参数有关的线性参数，通过二者之间的函数关系，求出被测参数。间接测量，往往是采用-些特定的机构，达到测量简便、快捷，准确。因此，被机械加工企业广泛使用。

常见的圆锥孔结构中，大端直径D、圆锥角 (锥度C)、圆锥长 (高 )度， 是经常要检测的项 目。