扭矩扳子检定仪及其应用

纪绍伟/吉林市计量测试技术研究院

为了便于在扭矩扳子检定、校准中科学地选择和使用扭矩扳子检定仪，针对扭矩扳子检定、校准专业性强、选型资料单一、选型不便的实际，通过对现有扭矩扳子检定仪结构、种类、性能、特点及发展动向对扭矩扳子检定的分析，为选型及使用提供参考。

0 引言

我国工业现代化的进程日益加速，扭矩扳子检定仪广泛应用于车辆、航空、机械、家电、建筑等行业和部门所使用的扭矩扳子检测。随着科技的进步，设计制造的各种扭矩扳子检定仪种类繁多、性能先进，适用于各种不同场合、不同要求的检定、校准。由于扭矩检定、校准专业性强，制造商、经销商广告宣传多功能不尽完美，以及初次选型用户缺乏对扭矩扳子检定仪系统深入的了解，使得选型工作带来不少困难，一旦选型不当，会给检定、校准带来不便，甚至影响到工作的正常进行。

1 产品概述

1.1 定义

各生产厂商对扭矩扳子检定装置的称谓不尽相同：扭矩扳子校准装置、扭矩工具检定仪、扭矩扳子检定仪等。依据《JJG707-2003扭矩扳子检定规程》，本文将用于测量扭矩扳子、扭矩螺丝刀、其他结构形式的带有扭矩测量机构的拧紧计量器具（含附件）的仪器，定义为“扭矩扳子检定仪”。

1.2 工作原理

扭矩扳子检定仪一般主要由扭矩测量仪、扭矩传感器、加力工作台三部分组成。有的可附加系统扭矩扳子检定仪软件和自校装置。

当装在扭矩扳子检定仪上的被检扭矩扳子受到加载力后，扳子承受扭矩的作用，同时传递到检定仪的扭矩传感器上，该扭矩值通过扭矩测量仪电路的运算、放大显示出测量值。

2 产品的分类及特点

2.1 按检测方式可分为固定传感器加载和旋转传感器加载

1）固定传感器加载

扭矩传感器固定在工作台上，通过扭矩扳子转动加载。

这种加载方式的特点是结构简单、造价低廉、便于携带移动，适于扭矩扳子量程单一或使用装配现场及实验室的检验。

这种加载方式也有一个较大的缺点，加载是在扳子手柄的垂直方向用一丝杆来推动加力，由于丝杆的运动轨迹是一直线，而扭矩扳子的运动是弧线，二者有相对运动，在扭矩扳子的轴向上有附加摩擦力，对测量会产生较大误差。

2）旋转传感器加载

扳子固定在工作台上，通过旋转传感器加力，这种加载方式又有水平旋转式和卧式旋转式。

水平旋转式：扭矩扳子水平旋转，优点是扳子不需要特殊固定，大幅提高工作效率，安全可靠，系统误差小，扭矩值复现准确，精度高。

卧式旋转式：扭矩扳子旋转轴线水平，适于做大扭矩扳子的检测。缺点是扳子有自重，会对测量精度有影响，有时需要对扳子进行辅助固定。

2.2 按加载方式可分手动加载和电动加载

1）手动加载

这种方式加载方便，便于控制。手动加载又可分为直接加载式、偏心轮加载式、丝杆加载式和减速装置加载式。

①直接加载式

直接在被测扳子上手工加力，结构简单，体积小，灵活方便。适于小扭矩值扳手的检测，一般在300 N·m以下更可行。壁挂式和一些小量程的台式检定仪采用此种加载方式，加载的稳定性和重复性较差。

②偏心轮加载式

采用偏心轮加载装置，因增加了杠杆力，比直接加载能够省力。由于偏心轮与扭矩扳子手柄之间有相对运动，在扳子的轴线上产生滑动摩擦，带来轴向上的附加载荷，会影响测量结果的准确性。有些装置采用了滚动偏心轮加载，可将滑动摩擦变为滚动摩擦。另一缺点是作用在偏心轮加长杆上的力，对工作台有一个外力，在这个外力较大时，可能带动工作台移动，引起测量误差，这时工作台需要特殊的固定。

③丝杠加载式

始终在扳子手柄的垂直方向通过丝杠推动加载，比前两种方式更省力，且结构简单，方便易行。

④减速机加载式

通过齿轮或蜗轮蜗杆减速机构加载，省力且扭矩产生的力为内力，不对工作台产生向外的作用力，加载均匀易控制，可实现大扭矩值的加载。

2）电动加载

采用电机替代人力加载，即省力又高效，是进行较大量程和大批量检定校准的优选工具，但这样的设备制造成本较高。

2.3 按结构形式可分为壁挂式、台式、不可换传感器式和可更换传感器式

1）壁挂式

可固定在墙壁，适于生产装配现场扭矩扳子的在线校验，应具备足够的响应速度和峰值保持功能。

2）台式：可分为便携式和固定式便携式：移动方便，不需要固定。

固定式：检定装置固定在工作台上，精度高，量程范围大，适于实验室检定。

3）不可换传感器式

由一只或几只传感器固定在工作台上，不能更换，每只传感器有一个量程，不同的量程对应不同的设备，适于规程单一、有一定批量的扭矩扳子检测。

4）可更换传感器式

可通过更换不同的传感器，实现不同的量程，实现一机多用，提高检测精度。适于不同种类、不同量程扭矩扳子的检测。国内产品系统测量精度可达到0.3%，可以不用工具快速更换传感器，完成1～10级扭矩扳子的检定、校准。

2.4 按自动化程度可分为手工与自动

1）手工操作

加载、读数、记录完全靠手工操作，简易、成本低。

2）半自动式

由人工控制过程，能实现加载、记录、误差计算，证书生成、查询、打印等部分自动操作。

3）全自动

可实现某些扳子如定值式扭矩扳子从加载到生成测试记录、检定证书、判定扳手准确度等级的全部自动操作。可降低劳动强度，避免人为误差，提高工作效率。

3 扭矩检定仪发展动向

1）使用便捷化

为装配现场研发，方便现场随机校验。

2）功能专一化

每台仪器有不同的量程，形成产品系列。适于品种单一、数量较大的实验室检定校准。

3）软件智能化

软件设计采用数字滤波、自动校零、非线性补偿等新技术，使整机具有采样速度快、测量精度高、抗干扰能力强的特点。可实现从扳手加载到生成测试记录检定证书、判断精度等级全部操作，降低劳动强度，提高工作效率。

4）设备自校化

由力矩杠杆和标准砝码组成的自校装置，可随时对扭矩检定仪传感器进行测试，保证系统的测量精度。

4 选型中应注意的问题

1）基本要求

符合检定、校准要求的精度等级，完整的检定报告，完整的检定溯源系统和符合实验室高要求的质量。

2）准确度

扭矩扳子检定仪，其给出的标准值的扩展不确定度为被检扭矩扳子最大误差的1/3～1/10，或检定仪的准确度等级应优于被检扳子准确度等级的1/3。

3）量程

扭矩扳子的测量范围是额定扭矩值的20%～100%，首次检定的扳子应以测量上限值的20%进行超载性能试验，因此检定仪的工作量程应选被检扳子的20%～120%。

4）性能

扭矩检定仪应能保持扳子处于正确的检定方位和加载作用点可调，应具有足够的响应速度和峰值保持功能，这对于检定、校准预置式扳子非常必要。

5 扭矩检定的实际操作

5.1 准备工作

1）扭矩扳子应在实验室内放置足够长的时间，达到与实验室的温度相同。

2）首先对被检扳子的外观进行检查，确认仪器与扳子的功能正常可靠，并符合检定规程中对其外观结构与附件的有关要求。

3）根据被检扳子的额定值，选定检定仪扭矩传感器的量程，一般选择被检扳子额定值的20%～120%。

5.2 适应性操作

1）带棘轮的扭矩扳子，其扳接头应能灵活转动，无卡滞现象，锁紧装置应可靠，扳接头方榫上的钢球或活动锁应活动自如，不得滑出，应能可靠地与套筒相连。

2）指针式指示装置的指针不应松动和弯曲，指针和被动针与分度盘表面应平行，并能与标尺任意刻线重合，在施加扭矩过程中指针和被动针运转应平衡，无冲击、停滞等不正常现象，指针宽度不大于1/5分度值。

3）预置式扭矩扳子的设定装置应灵活可靠，能设定所需扭矩值，当施加的扭矩值达到设定值时，应能发出响声或其他信号。

5.3 基本操作

1）开机预热后，将外观检查正常的扳子放在检定装置上，调整检定仪零位，按额定值预扭3次；双向扭矩扳子，在进行反向加载前同样要预扭3次；预置式设定值更换后，也要先预扭3次。

2）检定时，应按其使用方向平稳加载，不得产生冲击现象。

3）指针式有从动指针的必须带动从动指针进行检定。

4）预置式扭矩扳子，将扭矩扳子调整至所需检定点，然后将扭矩扳子正确地安装在检定装置上，调整零位后，选用峰值保持功能，平稳施加扭矩至扳子发出响声或其他信号。

6 结束语

通过以上分析，对现有扭矩扳子检定仪选型及对扭矩扳子的检定已有比较全面系统的了解，在实际选型中可从仪器的先进性、可靠性、经济性、实用性方面综合考虑。如生产装配车间的现场校验，壁挂式有足够响应速度、峰值保持功能的仪器较为实用；实验室检定，扳子规格单一，采用固定传感器的台式仪器既能保证检测精度又能提高工作效率；专业计量检定部门，面对不同的用户需求，精度要求高、覆盖的量程范围要求大，有必要采用精度高、自动化程度高、能更换系列传感器的检定仪。总之根据不同的检测要求选用相应的仪器。

[1] 全国力值、硬度计量技术委员会. JJG 707—2003 [S]. 北京：中国计量出版社，2003.

[2] 全国力值、硬度计量技术委员会. JJF1011—2006 [S]. 北京：中国计量出版社，2006.

[3] 全国五金制品标准化技术委员会. GB/T15729—1995 [S]. 北京：中国标准出版社，1995.

[4] 赵国夫. 台式扭矩扳子检定仪检定方法探讨[J].中国计量，2009，162（5）：112-113.

[5] 王恩锋. 扭矩扳子检定仪加载系统误差分析[J]工业计量,2007（6）：25-27.