TFC2000扭矩校准仪自校平台的设计与可行性分析

　　1　概述

　　目前,我计量站扭力扳手的检定/校准是通过美国生产的TFC2000扭矩校准仪来完成的,但随着扭力扳手数量和种类不断增多,该设备的工作强度加大,造成在检定周期内测量误差增大、工作可靠性不稳定。我们计量站采用传感器外出送检的模式对其进和计量、溯源,但周期时间长,不能保证设备稳定性的良好,与计量工作的需要产生了矛盾。笔者设计开发了一组TFC2000扭矩校准仪自校平台,对这一问题进行了解决。

　　2　工作原理

　　2·1　力臂杠杆和标准砝码组合装置:(如下图1)

　　2·2　数学模型

　　本装置的测量方法是采用力臂、砝码力加载产生纯扭矩方法进行,其数学模型为:

　　式中:M_A—加载扭矩实际值;L—力臂实际长度值,是关于X_L1,X_L2,变量函数(单位:m);F—砝码产生重力标准值,是关于X_F1,X_F2,X_F3变量函数(单位:N);ΔM_r—力臂支撑轴承的摩擦扭矩产生的加载扭矩附加值(单位:Nm);X_L1—由温度变化引起力臂长度变化的变量(单位:m);X_L2—由长度测量不确定度引起力臂长度偏差的变量(单位:m);X_F1—由砝码测量不确定度引起砝码质量偏差的变量(单位:N);X_F2—由砝码地理位置差异引起砝码质量变化的变量(单位:N);X_F3—由于砝码温度变化引起砝码质量变化的变量(单位:N)。

　　3　不确定度的评定和可行性分析

　　3·1　测量不确定度评定

　　本标准装置的标准不确定度评定采用B类方法进行。

　　(1)力臂长度引入的相对标准不确定度分量:u_rel(L)

　　①温度变化引起力臂长度变化所引入的相对标准不确定度分量u_rel(L₁)

　　温度变化引起的力臂长度变化偏差极限为±ΔL₁可由下式计算得到

　　ΔL₁=L₀×α×Δt

　　式中:α—力臂材料(45^#钢)的线膨胀系数;α=1·2×10^-5/℃;Δt—温度变化范围。标准装置工作在20℃±5℃环境内,Δt=±5℃;L₀—力臂长度名义值。

　　所以:ΔL₁/L₀=α×Δt=1·2×10^-5×5=6×10^-5

　　②力臂长度加工偏差引入的不确定度分量u_rel(L₂)

　　(2)力引入的相对标准不确定度分量:u_rel(F)

　　①砝码和挂盘偏差引入的相对标准不确定度分量u_rel(F₁)

　　②地理位置差异造成加速度值偏差引入的相对标准不确定度分量u_rel(F₂)