扭矩扳子测量审核注意事项及数据处理分析

林晴

（福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）

0 引言

测量审核是被审核实验室对被测物品进行实际测试，将测试结果与国家计量技术机构提供的参考值进行比较的活动。本文依据JJG707-2014《扭矩扳子检定规程》，根据被审核实验室测量审核数据与国家计量技术机构参考值进行分析，计算En值，最终得出测量审核结论，使得扭矩扳子的测量能力得到进一步的明确。

1 测量审核活动及其意义

测量审核是将被审核实验室的测试结果与国家计量技术机构提供的参考值进行比较和判断的活动[1]。能力验证是利用实验室间比对确定实验室的校准/检测能力或检查机构的检测能力，测量审核是能力验证活动的重要组成部分。能力验证是中国实验室认可委员会（CNAL）评价实验室具备技术能力的一种重要方法，是从技术上对实验室测量能力的判断与监控的一种手段，同时，也是维持国际间认可机构互认的基础之一[2-5]。

2 测量审核实施注意事项

（1）测量审核的样品应是稳定的，最好选择已经在实验室间比对或测量审核中使用过的样品；（2）测量审核样品的准确度应与参加实验室的校准和测量的准确度相适应；（3）通常情况下，测量审核样品的选择及运作程序应根据样品特性使参加实验室尽可能短的时间内（一般在8小时内）完成测量，对于专业特殊要求的，按照专业要求运作；（4）对实验室进行测量审核时，提前告知实验室做好准备，并要求实验室按照规定的标准方法或规程进行测量；原则上仅允许实验室进行一次测量，尽量避免实验室多次重复测试；（5）采用适当的包装盒或其它的传送方式，保证被审核的样品特性在运送途中基本上不会发生变化。

3 测量审核数据处理

下面以我院参比的扭矩扳子测量审核为例，阐述测量审核数据分析及结果评价。

3.1 测量审核经过描述

（1）测量方法：依据JJG707-2014扭矩扳子检定规程；（2）环境条件：温度：（23±5）℃，相对湿度：≤90%RH，在检定过程中，室温变化不超过1℃；（3）测量标准：名称：扭矩扳子检定仪；型号：AKC-100Nm；制造厂：中国航天科技集团第七〇一研究所；编号：045312；不确定度：Urel=0.5%（k=2）；（4）被测对象：名称：扭矩扳子；型号：ZNB100A；制造厂：中国航空工业东方仪器厂；编号：0840273；（5）测量过程：将扭矩扳子安装于扭矩扳子检定仪，施加指定方向（顺时针）载荷到被检扭矩扳子的设定值，预载三次后,重复测量六次，以扭矩扳子示值为依据，记录检定仪上的每一次示值，并计算六次测量结果的算术平均值。

3.2 测量过程模型及测量结果的不确定度分析[6-10]

3.2.1 测量模型

式中：Mi——扭矩扳子在测量点的测量结果；——扭矩扳子相对应的测量值的算术平均值。

3.2.2 测量结果不确定度的来源分析

对于扭矩扳子，其示值不确定度主要来源于扭矩扳子示值重复性、分辨力、回零差、扭矩扳子的安装和受力状态影响、扭矩扳子检定装置的准确度等级及其他影响因素。各不确定度分量来源评定如下所示：

表1 重复性测量数据Table 1 Calibration data of repeatability

（2）ZNB100A扭矩扳子其指示器分辨力为0.2Nm，按均匀分布，取包含因子k=，计算由此引入的标准不确定度分量u2。该扭矩扳子分辨力按照公式（5）进行计算，计算结果详见表2。

表2 u2的评价结果Table 2 Evaluation results of u2

（3）扭矩扳子回零误差引入的标准不确定度u3的评定。对于试验过程中读取的首个测量点的测量结果，可不考虑回零误差引入的标准不确定度，回零误差按0.00Nm计算。根据不同扭矩扳子的不同测量结果，确定其它测量点的回零误差，按均匀分布，取包含因子k=，计算由此引入的标准不确定度分量u3。该扭矩扳子回零误差按照公式（6）进行计算，计算结果详见表3。

表3 u3的评价结果Table 3 Evaluation results of u3

（4）扭矩扳子的复现性（安装和受力状态）引入的不确定度u4。由于扭矩扳子本身结构特点以及校准过程中连接和施扭状态存在的偏差（如由于扭矩扳子施扭方向的差异导致自身重量引入的附加扭矩、与扭矩扳子检定装置的敏感元件连接配合不理想导致的受力同轴度的偏差、安装时受力水平度偏差、扭矩扳子在变形过程中把手与挡杆之间摩擦力矩引入的偏差以及人员操作稳定度差异等等因素），使扭矩扳子在不同时间、不同人员、不同连接件以及不同标准器进行校准时，其校准数据会在一定范围内存在着分散性。因此由此引入的不确定度量可采用实际试验数据和经验数据相结合的方法来进行评价。

在对各类扭矩扳子长期的校准过程中，参考试验室针对不同结构的扭矩扳子进行了大量的试验，积累了一定的经验数据。对于1级扭矩扳子来讲通常其数值的分散性一般不超过±0.5%。按均匀分布，取包含因子k=，计算由此引入的标准不确定度分量u4。该扭矩扳子复现性按照公式（7）进行计算，计算结果详见表4。

表4 u4的评价结果Table 4 Evaluation results of u4

（5）扭矩扳子检定装置的标准不确定度分量5u（参照B类方法评定）。不同校准点采用的扭矩扳子检定装置的不确定度一致，统一为Urel=0.5%（k=2），计算由标准器引入的标准不确定度分量u5。该项不确定度评定结果按照公式（8）进行计算，计算结果详见表5。

表5 u5的评价结果Table 5 Evaluation results of u5

3.2.3 合成标准不确定度的评定

扭矩扳子示值测量结果的各项影响因素互不相关，因此其合成标准不确定度按公式（9）进行计算，将上面得到的各测量点各分量的计算结果代入，可得到各测量点测量结果的合成标准不确定度，如表6所示。

表6 uc的评价结果Table 6 Evaluation results of uc

3.2.4 扩展不确定度评定

取k=2，则其扩展不确定度U按公式（10）进行计算，将式（10）中得到的各测量点各分量的计算结果代入，得到各校准点测量结果的扩展不确定度，计算结果详见表7。

表7 U的评价结果Table 7 Evaluation results of U

4 测量审核结果分析

参考实验室和参与实验室的测量结果和不确定度如表8所示：

表8 主导实验室和参比实验室的测量结果和不确定度Table 8 Measurement results and uncertainty of pilot and participating laboratory

根据公式（11）计算测量审核的En值，∣En∣≤1，表示测量审核结论满意。

式中，x为被审核实验室的测量结果，Ulab为参考值，Ulab为被审核实验室结果的不确定度，En为国家计量技术机构实验室参考值的不确定度。由En值计算结果可知，所参比的扭矩扳子测量审核结论满意，从而得出扭矩扳子的校准和测量能力（CMC）。