扭矩扳子检定仪检测技术解析

扭矩扳子作为紧固件装配和工程验收的关键工具，其量值准确直接关系到设备安全和工程质量。扭矩扳子检定仪（或称扭矩标准机）是确保扭矩传递准确可靠的法定计量设备。其核心作用在于对各类扭矩扳子（包括手动、电动、气动、预置式和数显式）进行量值溯源和性能验证。

一、 检定仪核心构成与功能

  1. 标准扭矩发生装置： 核心部件，通常由高精度扭矩传感器和伺服加载机构组成，能稳定、精确地施加并测量标准扭矩值，构成量值传递的源头。
  2. 反力臂/固定机构： 为扭矩加载提供稳固的反作用力支撑点，确保加载过程中设备稳定，避免晃动影响测量结果。
  3. 控制系统： 采用微处理器或工控机系统，负责设定目标扭矩值、控制加载速率、实时显示加载过程、采集数据并处理结果。
  4. 数据采集与处理单元： 高精度采集标准扭矩值和被检扭矩扳子输出值（对于数显扳子），自动计算示值误差、重复性等关键指标。
  5. 环境监控单元（可选）： 监测并记录检定过程中的环境温湿度，确保符合规程要求。
 

二、 扭矩扳子检定实施流程

检定过程需严格遵循国家计量检定规程（如JJG 707《扭矩扳子检定规程》），核心步骤如下：

  1. 预处理与环境控制：
    • 被检扭矩扳子与检定仪在恒温室内（通常20±5℃）平衡温度至少2小时。
    • 记录环境温度与相对湿度。
  2. 外观与功能性检查：
    • 检查扳子外观有无损伤，刻度/数字显示清晰，活动部件灵活无卡滞。
    • 验证预置式扳子的预置功能及到达预置值时的信号（响声、手感等）是否正常。
    • 检查数显扳子开机、显示、按键功能是否正常。
  3. 安装与对零：
    • 将被检扭矩扳子方榫牢固安装在检定仪的驱动端（或传感器连接端），确保同轴度。
    • 对于带指示装置的扳子（指针式、数显式），在接近零位的小扭矩下（如5%量程）进行预紧调整，确保初始零位准确。
  4. 预紧处理：
    • 对扳子施加其额定扭矩值3次，进行磨合与消除间隙，每次加载间隔不少于30秒。
  5. 示值检定：
    • 选择检定点： 在扳子测量范围内均匀选取至少5个点（通常包含最小、最大及常用点）。预置式扳子还需检定其预置点。
    • 加载方式：
      • 递增法： 从低到高逐点加载至目标值。指针式扳子读取峰值；数显扳子读取稳定示值；预置式扳子记录发出信号瞬间检定仪显示的标准扭矩值。
      • 递减法（可选）： 从高到低逐点卸载读数（指针式常用）。
    • 加载次数： 每个检定点重复测量3次。
    • 过程控制： 控制加载速率平稳（如小于5%量程每秒），避免冲击。每次加载间隔使扳子充分回零（或稳定）。
  6. 重复性检定： 在测量上限点或常用点重复加载10次，计算测量结果的实验标准偏差作为重复性指标。
  7. 其他项目（如适用）：
    • 预置式扳子示值变动性： 在预置点多次加载，记录信号发出时标准扭矩值的最大波动范围。
    • 数显扳子回零误差、示值稳定时间等。
    • 切换方向差（双向扳子）： 分别测量正反两个方向的示值误差。
 

三、 数据处理与结果判定

  1. 计算示值误差：
    • 相对误差 (δ)： δ = [(T_display - T_standard) / T_standard] × 100% (其中 T_display 为扳子示值，T_standard 为标准扭矩值)
    • 绝对误差 (Δ)： Δ = T_display - T_standard
    • 规程通常规定相对误差限。
  2. 计算重复性： R = s / T_avg × 100% (其中 s 为10次测量的实验标准偏差，T_avg 为10次测量的平均值)。
  3. 结果判定： 将被检扳子的最大示值误差、重复性等指标与规程规定的最大允许误差（MPE）、重复性要求进行对比。所有检定项目均满足要求，判定为合格；否则判定为不合格。
  4. 测量不确定度评定： 依据JJF 1059.1，评定检定结果的测量不确定度，确保其满足量值传递要求。
 

四、 检定仪自身质量控制

检定仪作为标准器，其量值准确性是基础，需进行严格周期管理：

  1. 量值溯源： 定期（通常1年）将检定仪整体或核心标准扭矩传感器送至上一级计量技术机构进行检定/校准，确保其量值可溯源至国家扭矩基准。
  2. 期间核查： 在相邻两次检定/校准之间，使用标准扭矩仪或高等级标准扭矩传感器对检定仪进行稳定性核查。
  3. 日常维护： 保持设备清洁，避免震动、冲击、过载；定期检查连接件、反力臂是否牢固可靠；软件系统及时更新维护。
 

五、 关键质量控制点

  • 环境稳定性： 温度波动直接影响材料弹性模量，是扭矩测量的主要误差源之一。
  • 安装同轴度： 偏心或角度偏差会引入附加弯矩，导致测量误差。
  • 加载速率控制： 过快加载易产生动态误差，影响读数准确性（尤其指针式、预置式）。
  • 预紧与间隔： 充分的预紧消除间隙，足够的间隔确保扳子恢复初始状态。
  • 人员操作规范： 读数视线垂直表盘，记录及时准确，信号捕捉敏锐（预置式）。
  • 设备状态确认： 确保检定仪自身在有效期内且状态正常。
 

结论

扭矩扳子检定仪是保障扭矩量值准确传递的核心设备。通过理解其结构原理，严格遵循检定规程进行操作，并重视设备自身的量值溯源与维护，才能科学、客观地评价扭矩扳子的计量性能，为工业生产、工程建设、设备维护等领域提供准确可靠的扭矩测量保障。规范的检测流程、严谨的数据处理和严格的质量控制，共同构成了扭矩计量领域坚实的技术基础。