扭矩标准机测量结果的不确定度评定

安民军

[摘  要]随着科学技术的更新和发展，扭矩标准机测量应用范围越来越广泛扭矩标准机是用来检测工作扭矩仪标准的装置设备，在检测程序中数据的不确定因素受到长度、摩擦及稳定性的影响。针对突出性问题需要通过大量的试验方法进行深入研究探索，以此提升扭矩标准机测量结果的准确性。文章主要对扭矩标准机测量结果不确定因素进行了合理分析，并且对具体评定方法进行了详细说明，确保扭矩标准机测量的顺利进行。

[关键词]扭矩标准机;不确定度计量;不确定度评定

中图分类号：TG806 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0047-01

1 扭矩标准机测量的评定对象

在对扭矩标准机进行检验测量时一定要清楚扭矩标准机的基本构造、规格型号以及相关评定对象，才能针对不同的测试对象采取合理的方式方法，减少数据测量的误差，对存在的不准确因素及时进行登记，并且加大信息资料的收集渠道，对存在的突出性问题进行深入探索研究，提升整个测量结果的准确度，减少误差的产生。还要清楚扭矩标准机的基本数据，扭矩标准机的全名是静重式扭矩标准机俗称是标准机，具体规格型号为：DTM-1000，出厂设置编号为0107120，准确度的测试等级一般为0.05级。

2 扭矩标准机测量的评定依据

扭矩标准机要根据相关的规章制度进行有效测定，一般情况下是根据《测量不确定度评定与表示》与《扭矩标准机检定规程》的信息说明进行详细的操作，有利于减少测试过程中不确定因素的产生，促进扭矩标准机测量准确性和完整性。扭矩测量机在测量每一个点时都有一个精确度问题，在测量机中俗称“重复性”，在测量机精度指标程序中中就反映了这一点。测量精确值所涉及的因素很多，反映了扭矩测量机整体的质量效果。除机器设备的因素外，测量零件表面的形状误差也会影响测量点的不准确性，导致这个误差很难消除。

3 扭矩标准机测量结果的评定方法

3.1 力臂长度变化引入的标准不确定度分量μL

（1）由温度变化引入力臂长度变化的相对标准不确定度μLW。设力臂长度由于温度变化引起的允差极限为

±ΔLW，根据公式ΔLW=LαΔt。已知钢材的膨胀系数为α=1.2×10-5℃-1，苏州市计量测试研究所标准机的力臂为L=0.5m。根据检定规程标准温度（20±5）℃，所以Δt=±5℃，ΔLW=0.5×1.2×10-5×5=3×10-5（m）当采用均匀分布时得：

μLW=3×10-5/ =1.73×10-5（m）

（2）由测量长度引入的标准不确定度分量μLC。根据检定规程杠杆臂长的最大允差为标准机准确度的1/3，所以杠杆臂长的最大允差为±0.015%，当采用均匀分布时得：

μLC=0.015%÷ =0.87×10-6

（3）扰度变形引入的标准不确定度分量μLb。由于力臂受集中载荷产生弯曲变形使力臂长度发生变化产生的标准不确定度分量μLb。根据公式得到：θA=PL2/2EIP。已知θ极限值为0.115°，得到：ΔLb=1.25×10-7（m）。当采用B类评定， 均匀分布时得：

μLb=1.25%×10-7÷ =0.72×10-7（m）

（4）力臂偏离水平位置引入的标准不确定度分量μLe。由于虽有水平臂拉平，但由于位移传感器或水平指示有误差，故引入力臂偏离水平的标准不确定度。一般产生长度变化为ΔLE=1.25×10-7（m），当采用均匀分布时得：

μLe=1.25×10-7/ =0.72×10-7（m）

对没有校准件的测量设备，可用工件在高一级测量仪器（如三坐标）测出值后做为样件基准值，当工件或标准件的被测部位Ra≥0.8时，Cg、Cgk评定可降一级，最低为Cg≥1.33，Cgk≥1.33。 后一次测量务必不能受前一次的影响，整个过程中不允许对检测设备作任何调整，其他操作者也按上述做法实施。

（5）力臂长度与传感器配合上引起的标准不确定度分量μLt。当力臂与传感器配合时，产生在同一轴心线上引起的该项标准不确定度，这是由于加工允差所产生的，从而由实际测量得到ΔLt=2.5×10-5（m）。设可能值在允差范围内，采用均匀分布时得：μLt=2.5×10-5÷ =0.14×10-6（m）。

综上所述，得到力臂长度变化的标准不确定度分量μL，因此：μL= =0.90×10-6（m）。

3.2 作用力引入的相对不确定度μF/F

（1）专用砝码引入的不确定度分量μFm。得知本所专用砝码F2等，则允差极限为0.78×10-5N，设为均匀分布，则：μFm=0.78×10-5/ =0.45×10-5（N）。

（2）地理位置引起加速度变化而引入的相对不确定度分量μFg。因苏州临近上海，故采用上海地区的总力加速度g上海，已知由于地理位置引起的允差极限为？驻g=6×10-6m/s2，设为均匀分布，得到：μFg/g=6×10-6/9.7946× =0.35×10-6。

（3）温度变化引入的相对标准不确定度分量μFy。由于偏离标准温度（20℃）Δt℃，导致空气密度和专用砝码密度的变化，从而使密度因子Y=（1- 产生变化。设密度因子的最大变化量ΔY，按其公式 ΔY/Y=0.52198×10-6Δt，当温度变化为Δt=±5℃时，ΔY/Y=2.61×10-6，所以当采用均匀分布时得到：μFy/y=2.61×10-6/ 1.51×10-6，根据以上所得

3.3 摩擦扭矩引入的相对标准不确定度分量μf/T

根据测试得到其实验标准偏差为：s1=0.01N·m。根据测试得到其实验标准偏差为：s2=0.05N·m，所以摩擦力引起扭矩变化的相对标准不确定度分量为：

μf/T=（0.01+0.05）/1000=6×10-5轴心线变化引入的扭矩相对标准不确定度分量μδ/T。由于力臂中心和平衡臂中心不在同一轴线上，仪器测量误差的变化。由测量并计算得出μδ/T=1.5×10-4标准机的年稳定度引起的相对标准不确定度分量μs/S。标准机由于长时间使用，会引起年稳定性的变化。根据检定规程得知，我所的扭矩标准机年稳定度为±0.025%，当采用均匀分布时得到。标准机重复性引起的相对标准不确定度分量μR/R。由于在同一时间内多次的测量引起了相对重复性的变化。根据检定规程得知标准机的示值重复性为0.02%。认为其为均匀分布，得到：

3.4 相对合成标准不确定度μc

根据上述分析得知，各分量互不相关，所以得到：

=0.60×10-4。？扩展不确定度U取包含因子k=2，得到U=2μc=2×0.60×10-4=1.20×10-4<0.05%。

4  结语

通过对扭矩标准机测量不确定评定因素的合理分析，使我们充分认识到数据测试结果产生误差的原因，并且根据扭矩标准机测量的方法进行了详细列举以此减少不确定因素的产生，对今后工作中的扭矩标准机测量结果的不确定提供了明确的数据参考，为扭矩标准机测量带来了极大的便利条件。

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