扭矩測量技術的三大錯誤

1.
錯誤地認為只要傳感器精度高就是好設備。

實際上，配置高準確度傳感器的設備仍可能不準確，影響測量系統準確度的主要不是傳感器，不良加載裝置才是扭矩扳手檢定儀的最大誤差源。若整臺設備結構設計不當，即使配置了0.2級傳感器，設備的準確度實為2級是可能的。

現在國產的靜態扭矩傳感器很不錯，在世界大合作時代，應變片來自德國，生產工藝也學了德國。誤差為0.1%并數年保持不變的扭矩傳感器并不鮮見。造成測量不穩定的原因主要在于加載裝置。

2.
扭矩扳手檢定儀的定義錯誤，在扭矩標準機上檢定傳感器即為檢定了扭矩扳手檢定儀整臺設備的方法是全國性錯誤。

在實驗室中的扭矩扳手測量系統都由儀器、傳感器、加載裝置組成，儀器與傳感器的不確定度只是扭矩扳手檢定儀測量系統的測量不確定度的一個分量。經過多年的技術發展，現在的儀器與傳感器的準確度已經得到大幅提高，其不確定度分量越來越小。尤其儀器的誤差優于±0.03%，分辨力±0.01%已經很普遍，其不確定度分量可以忽略不計。加載裝置引入的不確定度分量則復雜多變，由設計制造不當引入的不確定度分量遠大于傳感器引入的分量。把傳感器的準確度硬說為扭矩扳手檢定儀整臺設備的準確度實際上是“指鹿為馬”，不愿意承認事實的行為。

因為加載裝置不被列入扭矩扳手標準檢定儀的一部分，人們以為加載裝置無關緊要，它只是一個省力機構而已，在設計、制造、選購設備的時候，只想到傳感器的精度，不懂得對加載裝置提出一些必要的技術要求。這種情況直到2005年，一位在上海南京路上擺地攤的人寫了一篇題為“加載裝置對扭矩扳手標準檢定裝置測量誤差的影響”的文章，并四處吶喊，才慢慢地引起一些人注意，一些計量機構也開始有所反應，陸續撰文參與討論。

即將出臺的新的扭矩扳手檢定儀的檢定規程將徹底改變這一狀況，使用新規程的檢定方法來檢定扭矩扳手檢定儀所得到的結果將客觀真實。過去傳感器在扭矩標準機上受到純扭矩作用，檢的是傳感器；多數傳感器在杠桿砝碼的載荷下受到彎矩作用，檢的也是傳感器；用標準扳手來檢標準檢定儀，在標準檢定儀上面受到的所有系統內力都反應到傳感器上，檢的是整個測量系統。換句話說，測量系統中的所有分量都得到查驗，查驗數據反映了檢定儀的真實性能。

3.
目前評定扭矩扳手測量結果不確定度的方法是全國性錯誤。

從中國合格評定國家認可委員會到各級計量機構，至今評定扭矩扳手測量結果不確定度的方法有嚴重缺陷，評定扭矩扳手測量結果不確定度時都不考慮加載裝置對不確定度的貢獻，常常將檢定儀的擴展不確定度評定為0.3%，甚至0.25%。

該缺陷引發的問題在于按此方法評定測量不確定度的結果與實際測量結果不相對應，評定值偏小。對某些測量誤差偏大，值得懷疑測量數據的準確性，不確定度的評定結果卻顯示測量數據可信度高，容易造成誤判。例如，一臺扭矩扳手標準檢定儀的擴展不確定度被上級評定為0.25%，在該標準扭矩儀上檢定0.5級數顯扳手，結果常常被判為2~3級。是該數顯扭矩扳手質量不好？不，是這臺設備測量不準確。非常糟糕的是，這臺扭矩扳手檢定儀經過溯源，準確度被判為0.3級，而所檢的數顯扭矩扳手則被認定1級不合格。

嗯，加載裝置。



標準扭矩扳子，現在有嗎？

回復 2# 煙酒茶


    這回我國的生產商要拿出真功夫來了，把0.1級扳手做成0.3級是不能接受的,長期穩定性很重要。

扭矩扳手檢定儀加載裝置引入的不確定度分量是多大,有多大影響,不知那位做過試驗,可否告知,另外,標準扭矩扳子如何計量溯源,用扭矩機,還是杠桿\砝碼;年穩定性0.1%的扳手不知什么地方有.如果是傳感器旋轉的扭矩扳手檢定儀其加載裝置引入的不確定度分量根據經驗不會超過0.2%(個人觀點).

回復 4# 陜西計量


   

雖然安裝了軸承，加載裝置的結構設計與制造水平不同其引入的不確定度分量還是有較大差異，有的標準不確定度為0.2%，有的則為0.52%，304所大量的實驗結果為0.38~0.5%。最好的是安廷公司的ATL型加載裝置的標準不確定度僅為0.013%，可以忽略。這種測量設備異常穩定。

現在實驗室中多數扭矩測量儀（二次儀表）的準確度優于±0.03%，分辨力±0.01%，標準不確定度僅為0.0029%，可以忽略；

傳感器（或扭矩檢定儀）的準確度為0.3級，那么標準不確定度為0.173%，比加載裝置引入的標準不確定度小了一半還多。換句話說，加載裝置引入的標準不確定度分量比二次儀表與傳感器引入的分量大得多，是扭矩扳手檢定儀標準不確定度的主要影響量；

若傳感器（或扭矩檢定儀）的準確度為1級，那么標準不確定度為0.58%，與加載裝置引入的標準不確定度相當。加上其它的引入量，有的絲桿推拉的1級扭矩扳手檢定儀的擴展不確定度可以達到1.6%。

回復 5# 學有所長


    老兄，你的“加載裝置的標準不確定度僅為0.013%”是咋整出來的？？？？我表示懷疑。
考慮到相同的加載裝置對不同類型的影響嗎？

1.關于加載裝置引起誤差的說法還是有同感的，國內的扭矩扳子檢定儀在設計上應該改進，傳統的方法是固定扭矩扳子的方頭，通過加載裝置對扭矩扳子的把手加力從而產生扭矩，這樣做的缺陷是加載過程中扭矩的力臂是變化的；
2.國外的做法是，固定扭矩扳手的把手部分，整個扭矩扳子不轉動，而是將扭矩扳子的方頭與標準傳感器連接，轉動傳感器，這樣比較科學

現在的加載裝置基本都改成扳手不動而轉動傳感器了，這時候轉接頭是最大的不確定度來源，因為裝夾的間隙就會造成偏載，使得傳感器的轉動中心軸跟扳手的轉軸成一個夾角甚至不合。

回復 8# 風吹石


    謝謝超級版主的金幣鼓勵！

    轉接頭對不確定度的影響量的確比較大，改天另辟一文做專門討論，要讓大家知道什么樣的轉接頭能用，什么樣的轉接頭不能用。

回復 9# 學有所長


    期待中。

回復 6# 石魚

   

  “加載裝置的標準不確定度僅為0.013%”是咋整出來的？表示懷疑的必有理由懷疑，最起碼大家都弄不清楚這加載裝置的影響量，你整出個數來也就罷了，還整出個難以想象的數來。別人拍左腦，0.3級傳感器檢2700Nm的扳手的扭矩扳手檢定儀的擴展不確定度就從右腦出來了：0.3%。莫非你拍右腦數據從左腦出來？為此我還專門向上海安廷機械公司的工程師咨詢了一番，回復如下：

這不是拍腦袋拍出來的數據，這是經過統計學與計量學理論計算出來的。該不確定度小并非“偷工減料”，恰恰相反還加了許多料——已經充分考慮了系統各種內力對不確定度的影響，評定扭矩扳手測量結果不確定度的影響分量有13項。加載裝置的相對標準不確定度除了與其本身結構有關，還與扭矩扳手的結構有關，與量程即載荷大小無關。從市場上有銷售的國內外5Nm的扭矩扳手到2000Nm的扭矩扳手中選取手柄較短的來評定，得到最大的不確定度分量為0.013%，滿量程大于200Nm的扭矩扳手所對應的加載裝置的相對標準不確定度甚至只有0.01%。扭矩扳手越大，手柄越長，不確定度越小。0.013%是一個較為典型的在統計學上能夠涵蓋測量各種扭矩扳手時加載裝置的標準不確定度，已經考慮了常見扭矩扳手的不同結構對不確定度的影響，不僅是理論量化分析結果，還經過多方面的實驗證實。

毫無疑問，加載裝置的標準不確定度是量化分析出來的，而加載裝置的性能不能通過量化分析得到，只能通過設計制造而來，該加載裝置應該有獨到之處。

    至于如何對加載裝置引入的的不確定度分量進行量化分析，這是他們在扭矩測量技術研究方面的三項發明之一：1）以矢量圖研究分析扭矩扳手與扭矩傳感器受力與測量誤差原因。2）發明了扭矩測量穩定機構。3）發明了扭矩加載裝置標準不確定度的評定方法。這三項發明確立了我國扭矩扳手測量技術處于世界領先地位。

請教一下樓主,傳感器和二次儀表(顯示器)結合起來用靜態砝碼檢測檢測得到的相對誤差,示值顯示都在0.3%范圍內,請問一下加了加載裝置用哪種方法可以檢測或評定這臺設備整個系統的的不確定度是否有數據或者相關的計算方法.
另外再請教一個問題
樓主是否知道峰值保持和第一峰值的區別

回復 4# 陜西計量


   樓主什么是,標準扭矩扳子

回復 12# mikejiang


    評定該測量不確定度的方法可參閱相關文章。

    儀表中的“峰值保持”選項被選擇，儀器可以記錄測量過程的最大值。

    “第一峰值”為定值式（可調機械式）扭矩扳手在施加載荷過程中突然卸載產生的峰值。該峰值有兩種情況可以產生：1）施加載荷過程出現有意或意外停頓，儀器判斷載荷已經達到扭矩扳手的預設值；2）施加的載荷達到預設值，扭矩扳手自動卸載。這兩種情況產生后若繼續施加載荷，載荷曲線將繼續上升，直到再次卸載，所產生的峰值為最大值。于是，在施加載荷過程中出現第一峰值和最大峰值。但是，儀表選擇“第一峰值”功能，記錄了第一峰值后，后面繼續上升的載荷不再記錄，出現示值與實際載荷不符的情況。

     “第一峰值”功能只在噪聲大的生產現場校準定值式（可調機械式）扭矩扳手有意義，對數顯式與表盤式扭矩扳手不僅沒有意義，有時候還阻礙這種扳手的校準。在實驗室中“第一峰值”不起作用。

回復 13# mikejiang


    可以做標準的儀器為標準儀器，同理，可以做標準的扳子為標準扳子，它的準確度比被測量至少為3倍以上，當然還有其它諸如重復性與復現性的要求。

回復 11# 學有所長


    在實際扭矩扳手不確定度評定中，如何講裝載裝置這一不確定度分量量化呢？

加載裝置肯定有影響，但目前還沒有能定量分析的方法，所有只能不考慮。

516790405 發表于 2017-10-30 09:58
動態扭矩傳感器（如阿特拉斯的）檢定依據什么規程？

JJG 557-2011《標準扭矩儀》

實際生產過程中，使用數顯扭力扳手去測量現場的緊固件扭力預加的情況，是不是也可以理解成為是加載裝置（人為加載）不確定性太大而帶來的誤差較大？
比如，不同的人使用同樣一把扳手對同一個位置的件去測量實際扭力，拋開件可能帶來誤差的原因，是否可以認為此“加載裝置”對于最終結果影響較大？

516790405 發表于 2017-10-30 09:57
動態扭矩傳感器（如阿特拉斯的）檢定依據什么規程？

我聽阿特拉斯的廠家還有一些供應商說，阿特拉斯在動態扭矩這一塊屬于國際比較大的公司、而且做的也比較好，是這樣的嗎？