铁路扭矩扳手检定仪的测量不确定度分析

　　NL系列铁路扭矩扳手检定仪是济南铁路局计量所自行开发研制的,用于检定扭矩扳手的计量标准器具。该产品于1998年10月通过济南铁路局应用技术成果评审,2000年5月获得济南铁路局科学技术进步三等奖。

　　该系列检定仪由扭矩传感器、LCD数显仪表(二次仪表)和机械加力装置组成。扭矩传感器由电阻应变片组成全桥式电路,传感器受扭矩作用,桥路失衡,输出电压产生相应变量,完成将扭矩转换成模拟电压的工作。LCD数显仪表(二次仪表)采用高精度、低漂移、高稳定性的运算放大器,将传感器输出的信号放大,采用“双积分比较法”实现A/D转换,经单片机系统处理到液晶显示器,显示读数。由软件来实现非线性修正、清零、满度调整、零位自动跟踪、峰值保持等功能,在软件设计中首次将非线性修正技术引用到扭矩扳手检定仪上,通过分段线性化,大大减小了由于传感器的非线性误差引入的误差,提高了系统的准确度。机械加力装置采用独创的蜗轮蜗杆传递加力机构,只需在加力手柄上施加最大约20N的力,即可检定2 000Nm测试点量值,较国内外同类产品具有结构简单,维护保养方便,操作简便,轻快省力等优点。

　　其主要技术指标详见表1。

　　下面根据国家计量技术规范JJF 1059-1999《测量不确定度评定与表示》,对该系列检定仪(以下简称扭矩仪)的测量不确定度进行分析、计算。

　　1　测量方法[依据JJG(铁道)141-93]

　　依据检定规程JJG(铁道)141-93“铁路扭矩扳手检定仪”,应使用符合JJG(铁道)141-93检定规程要求的扭矩扳手检定仪检定装置(以下简称扭矩仪检定装置)对扭矩仪进行检定。根据力矩=力×力臂的原理,用于检定扭矩仪的标准力矩是由标准砝码和精确力臂产生,力矩大小由标准砝码增减进行调节。

　　扭矩仪示值误差和示值重复性是用专用标准力值砝码加荷法进行检定的。在扭矩仪规定的工作范围内,检定点应均匀分布,一般不少于5点(一般可选额定扭矩值的20%,40%,60%,80%,100%),按负荷(扭矩)增加顺序逐点进行检定,此过程至少进行三次。每次检定前,应先将标准力矩杆及“零”位平衡装置调整至“零”位平衡状态,并把扭矩仪零点调准。在加载检定中,须通过标准力矩杆水平校正装置调节,以保证标准力矩杆力臂处于水平状态。

　　2　数学模型

　　M=Q

　　式中: M—扭矩仪的扭矩值,Nm;

　　Q—扭矩仪检定标准装置的扭矩值,Nm。

　　3　不确定度来源

　　扭矩仪的不确定度来源应包括:

　　3.1　由扭矩传感器准确度因素导致的不确定度分量u1rel;

　　3.2　由扭矩仪数字显示分辨力带来的不确定度分量u2rel;