扭矩计量知识

扭矩计量 第一节 基本概念 扭矩是一个综合反映机械特性的机械量 是动力机械外特性中的主要参数 也是判断旋转机械质量 优劣的关键性指标 使机械构件产生转动效应并伴随扭转变形的力偶或力矩称为扭矩 符号为 T 力偶由作用在同一物体上 大小相等 方向相反的两个平行力形成图 6 1 a 力偶的大小用偶矩 T 来度量 它等于力 F 与力偶臂 L 的乘积 即 T F L 6 1 式中 F 作用力 N L 力偶臂 m a 力偶 b 力矩 图 6 1 力偶与力矩的作用 力矩是偏离物体旋转中心 O 的作用力 F 对物体形成的力矩图 6 1 b 力矩 M 的大小等于作用力 F 与 力臂 L 的乘积 即 M F L 6 2 式中 L 力臂 m 是旋转中心 O 到作用力 F 之间的距离 力偶与力矩的表达式相同 但它们是有区别的 力偶对旋转轴无径向力作用 产生纯扭矩 力矩是 构件单边受力 相当于径向力 F 和力偶 F l 的复合作用效应 构件在径向力 F 的作用下 将受到弯 矩作用 使轴承摩擦阻力增加 第二节 扭矩的测量方法 扭矩测量的方法多种多样 下面仅列数较常用的几种扭矩测量方法 相信随着科学的进步 将会有 越来越多的测量方法 一 变形式扭矩测量方法 变形式扭矩测量方法被大量地应 用在一些简单 准确度较低的场合中 在扭矩扳手上也被非常广泛的使用 但也可以用变形式扭矩测量方法制造 出精度较高的扭矩测量仪 原理如图 6 2 工作原理为 当固定扭矩扳手头 部的四方扳头时 在手柄 4 上施加力 弹性杆 3 将产生变形 固定在扳手头 部 1 上的百分表 2 可以测量出其变形量 1 扳手头部 2 百分表 3 弹性杆 4 手柄 根据变形量和力的关系可以得到扭矩的大小 图 6 2 变形式扭矩测量示意图 1 在使用过程中 如果作用在手柄 4 上的力的位置发生变化 弹性杆 3 的变形系数也将随之发生变化 所以在使用过程中应保证加在扭矩扳手手柄上的力的位置与其在制造和标定时的位置保持一致 因此不 能在扭矩扳手的手柄 4 上接加长套管 二 杠杆式预置扭矩测量方法 1 扳手头部 2 固定轴 3 扳手外壳 钢管 4 杠杆 5 调整螺栓 杠杆支点 6 滑动轴承 7 连杆 8 推力杆 9 推力弹 簧 图 6 3 杠杆式预置扭矩测量示意图 杠杆式预置扭矩测量方法被大量地应用在预置式扭矩扳手上 特点是提供特定的一个扭矩量值 精 度较低 价格便宜 原理如图 6 3 工作原理为 当方榫扳手头部 1 有顺时针方向的扭矩时 杠杆 4 的 平衡被打破 将沿着调整螺栓 杠杆支点 5 逆时针转动 连杆 7 将推动推力杆 8 压迫弹簧 9 当扳手头 部 1 与杠杆 4 成一直线时 此时弹簧 9 受到最大的推力 此时的扭矩即为希望得到的扭矩量值 如果再 增加扭矩 杠杆 4 将失稳而迅速敲击扳手外壳 钢管 3 而产生响声 三 液压式扭矩测量方法 液压式扭矩测量方法主要用于相对较大的扭矩测量中 准确度一般不高 原理如图 6 4 工作原理为 方榫 1 上施加以顺时针的扭矩 便在力 臂 2 上产生一个向上的力 此力作用到活塞 3 上 油缸 4 中的液压油便产生一个压强 此压强用压力表 5 测量出来 压力表现时的压强与方榫 1 上施加的扭矩有线性关系 因 此可以依靠这种关系测量扭矩量值 四 应变式扭矩测量方法 自 1938 年首次出现金属电阻丝粘贴式传感元件至今 已采用电阻应变片 粘贴在被测对象构件表面指定点上 由于构件受力产生表面应变 致使电阻应变片的相对电阻 发生变化 通过惠斯顿电桥 准确而又敏捷地转换成电压 或电流 信号 实现非电量电测 1 方榫 2 力臂 3 活塞 4 油缸 5 压力表 图 6 4 液压式扭矩测量原理图 应变扭矩测量仪不仅普遍应用于各机械实验室 而且由于被测机械的结构可以不作或少作变动 且 能承受复杂环境条件 所以应变扭矩测量仪也用于现场测试 早期 在扭矩传感器与电阻应变仪之间必须要有一套集流装置 为了解决由于两者之间电源供电和 信号传输而影响测量精度和工作寿命的问题 近年来 无接触集流环及无线电应变测量技术得到了较快 的发展 遥测扭矩仪得到了广泛的应用 电阻应变式扭矩仪归类于传递法 又称扭轴法 当扭矩作用于被测轴时 轴发生扭转变形 在与轴 线成 45 夹角方向上产生最大的剪应变 在此方向上粘贴电阻应变片就能测出施加扭矩的大小 2 扭矩引起被测轴剪应力 在轴表面处的最大剪应力为 max 6 3 我们采用电阻应变片 对应于 max 的应变 即式 6 4 6 4 就能测出扭矩 T 这就是电阻应变式扭矩仪的测量原理 应变的测量是利用应变片的应变效应 达到非电量电测法的目的 对于电阻应变片 其机理是单位 应变会引起电阻相对变化 半导体应变片是基于半导体材料的电阻率随作用应力而变化的所谓 压阻效 应 只要我们将应变片和弹性体粘贴在一起 就可以将弹性体的应变值 通过应变片转换成电阻量的变 化 应变片成为非电量电测技术中非常重要的传感元件 注 图 6 5 所示的是电阻丝应变片的结构示意图 它是用直径约为 0 025mm 左右的 具有高电阻率 的金属丝组成的 为了获得高的阻值 电阻丝排列成栅网形式称为 敏感栅 放置并粘贴在绝缘的基片上 电阻丝的两端焊接有引出导 线 敏感栅上面粘贴有覆盖片 保护片 图中 l 称为应变片的标距 或称工作基长 b 称为应变片的基宽 lXb 称为应变片的使用面积 应变片的规格一般是以使用面积和电阻值来表示的 如 3 10mm2 120 应用应变片测试时 将应变片用粘合剂牢固地粘贴在弹性体表面 上 当弹性体受扭矩变形时 应变片的敏感栅也随同变形 随之电阻 图 6 5 电阻丝应 变片的基本结构 也发生相应变化 通过测量电路 最终将其转换为电压或电流变化 1 基片 2 电阻丝 3 覆盖层 4 引线 五 滑环式扭矩测量方法 一 组成及性能特点 滑环式扭矩测量方法是由应变式扭矩传感器和应变仪两部分组成 由于信号传输采用接触式集流环 所以称为滑环式扭矩测量方法 这种扭矩测量方法结构简单 制造方便 能直接与电阻应变仪配套使用 因而可以不必配置专用二次仪表 所以在目前一般测量中用得较多 然而 接触式集流环最大的问题是 在集流环中固定部分和旋转部分之间存在着接触电阻 这个接触电阻不是恒定的 而是在较大范围内变 化 接触电阻变化的信号势必和测量信号混在一起 造成很大的噪声干扰 故更不适宜使用在高速和大 振动场合 二 扭矩传感器的安装 如图 6 3 所示 当 A B 为刚性联轴节时 则输入 输出装 置 C D 之间的同轴度要求较高 应调整到 0 02 0 03mm 范围 内 一般较难做到 当 A B 为弹性联轴节时 则 C D 之间的同 轴度要求降低 允差 0 5mm 图中 F 为绳子 用于拉住传感器外 壳 防止外壳转动 调试时切勿使传感器受到初扭矩 可用手来 回转动 联轴节 调节机械间隙 使传感器处在无扭矩状态 否则基准零 A B 联轴节 C D 输入输出装置 点不对 易产生误差 E 传感器 F 绳子 图 6 6 扭矩传感器的安装 六 耦合变压器式扭矩测量方法 耦合变压器式扭矩测量方法是滑环式扭矩测量方法的改进型 在扭矩信号的传输方面不用滑环传输 而改用变压器耦合传输 从而提高测量的可靠性 该类扭矩仪由扭矩传感器和载波放大器两部分组成 按扭矩传感器分类 又可分为电感集流环扭矩测量方法和电容 电感集流环扭矩测量方法 二者都是非 3 接触式集流器 由于这类传感器采用了非接触式激励电压和测量信号传送 故无磨损 无磨擦 无升温 发热的影响 适用于长期测量 此外 由于壳体的质量不产生任何影响 故动平衡问题及振动问题易于 解决 国产 DNC 型的转速范围为 0 3000r min 德国 T32FN 型容许转速可高达 20000r min T34FN 型 最高转速为 40000r min 七 遥测扭矩方法 遥测扭矩方法是运用近距离遥测技术 克服前面阐述的滑环传输中存在的摩擦 磨损 升温 接触 电阻不恒定等弊病而研制的新型扭矩方法 遥测扭矩方法由扭矩传感器 发射机 接收机三部分组成 根据发射机调制方法的不同 存在下述 遥测体制 调频 调幅 调频 AM FM 调频 调频 FM FM 脉频调制 调幅 PFM AM 以及脉宽调制 PCM 根 据遥测系统传递信号的多少 可分单通道和多通道遥测系统 我国生产的 RTM 1 数字遥测扭矩仪属于 FM FM 遥测体制 它的特点是 一 卡环式扭矩传感器能方便地安装在被测轴上 而不需要更改主轴的任何布置 因此适用于实况 测量 二 信号传输通过发射 接收形式 采用 FM FM 传输体制 实现无接触式传输 提高了可靠性 三 传感器安装位置极小 仅需 1 50mm 长的测量棒 使许多难以用其他方法器测量的部位得以测 量 八 相位差扭矩测量方法 相位差式扭矩测量方法也是一种利用具有机械弹性的被测轴在扭矩作用下产生弹性变形来测量扭矩 的方法 根据信号变换器的类型不同 相位差扭矩传感器有两类 磁电式相位差扭矩传感器和光电式相 位差扭矩传感器 根据二次仪表以及数据处理类型不同 相位差扭矩测量仪又可分为 相位扭矩测量仪 模拟量电路 表针式指示 相位数字式扭矩测量仪 逻辑电路 数字显示 和微机型扭矩测量仪 智能化 测量仪 由于相位数字式扭矩测量仪问世早 应用面广 数量多 至今还与后起的微机型扭矩测量仪并 列而行 九 永磁转盘扭矩测量方法 前面介绍的各种相位扭矩测量方法的共同缺点是不能测量低转速扭矩和静止扭矩 永磁转盘扭矩测 量方法装有可以旋转的辅助圆盘 能够测量低转速扭矩和静止扭矩 永磁转盘扭矩测量方法是利用在永 磁场中导磁介质的规律变化引起磁阻的规律变化 从而将引起磁路的磁通产生变化 利用磁通的变化得 到易测量电压或电流的规律变化 这种扭矩测量方法的工作转速范围是 0 10000r min 测量精确度为 2 温漂误差在 0 40 范 围内时为 0 5 10 第三节 扭矩测量仪器的检定 一 扭矩计量器具检定系统 扭矩计量器具检定系统适用于扭矩 或转矩 计量器具的检定和量值传递 它规定了扭矩值的单位牛 顿 米 N m 国家基准的用途 基准所包括的全套基本计量器具 基准的计量学参数和借助于计量标准 向工作计量器具传递扭矩单位量值的程序 并指明其不确定度和基本检定方法等 在整个扭矩检定系统中 扭矩标准器可分为两类 第一类为产生 或复现 扭矩值的固定式标准器 第二类为传递扭矩值的各种便携式标准器 后者按其测量原理可分为百分表式 应变式 光学式 磁电 式 电容式 钢弦式 机械式 磁弹式 光弹式扭矩仪等 一 计量基准器具 1 扭矩值国家基准 根据我国目前情况 它们由 1kNm 和 5kNm 两台静重式扭矩基准机组成 其主要 技术数据见表 6 1 2 静重式扭矩基准机是以砝码产生的重力作为标准负荷 通过准确测量其力臂的杠杆机构将力矩按 预定顺序自动地加到被检扭矩仪上 这种扭矩机的计量学性能主要取决于力值的不确定度 力臂的不确 定度等 前者又取决于砝码质量的不确定度 安装地点的重力加速度的测量不确定度 砝码和空气密度 4 的测量不确定度以及砝码的加卸方式 机械结构和质量稳定度等 后者与力臂杠杆的构造 刀刃和刀承 的构造以及加工安装质量等密切相关 此外 还与力臂杠杆的水平控制程度有关 二 计量标准器具 1 标准扭矩仪作为传递基 标 准扭矩值的扭矩仪有两个主要技术指标 其一是重复性 R 其二是 稳定度 Sb 根据目前标准扭矩值的准确度水平 作为基准扭矩值与标准扭矩值之间的传递和比对工具的 标准 表 6 1 扭矩值国家基准技术数据 小砝码大砝码基准 机 扭矩扩展不 确定度 扭矩值范 围 Nm 最小扭 矩 Nm 力臂名义 值 m 单个名义质量 数量单个名义质量 数量 左侧 2 5kg 9 左侧 25kg 10 1kNm0 01 10 1000 100 4 右侧 2 5kg 9 右侧 25kg 10 左侧 5kg 9 左侧 50kg 10 5kNm0 01 50 5450 501 0 右侧 5kg 9 右侧 50kg 10 备注 总不确定度的置信系数为 3 左 右两侧砝码分别产生正 反两个方向扭矩 扭矩仪被分为三级 0 03 级 0 05 级和 0 1 级 根据 R 和 Sb 一般均应不大于被检扭矩标准机的扭矩值 不确定度的三分之一的要求 应尽可能用 0 03 级标准扭矩仪检定 0 1 级的扭矩标准机 在该条件达不到 时 也允许用 0 05 级标准扭矩仪对其进行比对 这时应考虑上级标准有关技术指标对下级标准相应技 术指标的影响 借助并联法 0 05 级和 0 1 级标准扭矩仪可用于 0 3 级大型扭矩标准机的检定 作为标准扭矩值与工作计景器具的扭矩值的传递工具的标准扭矩仪也分为三级 0 3 级 0 5 级和 1 级 0 3 级标准扭矩仪用于检定扭矩值总不确定度不超过 1 的扭转试验机或其它转矩测量装置 各级标 准扭矩仪均可用于平衡扭矩测量装置和能量转换转矩测量装置的扭矩值比对和检定中 2 扭矩标准机 目前国内已有的扭矩标准机同扭矩基准机一样皆属静重式 它们的最大扭矩值范围 为 20Nm 120kNm 最大扭矩值不超过 5kNm 的机器的扭矩值总不确定度 不超过 1 10 3 最大扭矩值超 过 5kNm 的机器的扭矩倌的总不确定度 不超过 3 10 3 这类机器的不确定度的影响因素与静重式扭矩 基准机相同 一般用相应等级的标准扭矩仪对其进行检定 确定它的扭矩总不确定度 或示值误差 对 于要求较高的扭矩标准机 可以借助部件检定 由测量和计算确定扭矩值的总不确定度 同时用重复性 和稳定度尽可能小的标准扭矩仪 将其与扭矩国家基准进行量值比对 以保证扭矩值的准确一致 3 标准扭矩扳子检定装置 1 静重式标准扭矩扳子检定装置 这种装置实际上是专门用于扭矩扳子检定的静重式扭矩标准机 其原理 基本结构和精度分析等均 与一般的静重式扭矩标准机相同 2 机械式标准扭矩扳子检定装置 这种装置在扳子的尾部 用手动直接或间接施加扭矩 其头部与一个承扭弹性体问轴串接 弹性体 受扭产生的扭转角经过一定的传递放大后 根据弹性体的扭转角与承受的扭矩成正比的关系 由表盘直 接读出扭矩值 该装置用随机所带的杠杆和砝码进行检定 通过测量与计算确定其扭矩值的总不确定度 该值主要取决于弹性体 传递与测量装置的重复性 直线度 长期稳定度以及检定装置的精度指标等 目前国内已有的这种装置的扭矩值范围为 4 Nm 400Nm 扭矩值的总不确定度 不超过 2 3 液压式扭矩扳子检定装置 这种装置利用液压油缸活塞系统 通过一定长度的杠杆将扭矩值施加到被检扳子上 标准扭矩值的 总不确定度主要取决于油缸内油压的测量准确度 油缸的有效面积和力臂杠杆长度等测量准确度 目前 国内已有 2SONm 的液压式扭矩扳子检定装置 其扭矩值总不确定度 不超过 1 4 串接式标准扭矩扳子检定装置 在这种装置上 被检扭矩扳子与标准扭矩仪 通常用应变式扭矩传感器 同轴串接 在同步施加扭矩 后 通过比对方法 根据标准扭矩仪的技术数据确定被检扭矩扳子的相应技术指标 目前国内已有 3kNm 和 2kNm 两种串接式扭矩扳子检定装置 其扭矩值总不确定度 优于 0 5 该总不确定度主要取决于标 5 准传感器和其测试仪表的重复性 直线度和长期稳定度等技术指标 以及标准扭矩传感器和被检扭矩扳 子的连接方式 连接质量等 此外还有由压力试验机和有关专用附件组成的扭矩扳子检定装置等 三 工作计量器具 1 扭转试验机 该机主要用于金属原材料的扭转性能的试验 其扭矩值的总不确定度不超过 1 通常以示值误差形 式给出 该机既可用 0 3 级以上的标准扭矩仪检定 也可用随机所带校验杠杆和砝码进行检定 2 扭矩扳子 扭矩扳子按其示值误差分为三个等级 2 级 3 级和 5 级 三者均由标准扭矩扳子检定装置进行检定 这里应指明 本节所述的扭矩扳子也包括扭矩改锥 同样 4 条中所述标准扭矩扳子检定义置也包括标准 扭矩改锥检定装置 3 其它扭矩仪 这主要指在实际机械的转矩测量中所使用的一系列不同原理 不同结构 不同量程和不同准确度等 级的转矩传感器和扭矩仪 根据其量程和准确度的需要 用相应的扭矩标准机或专用检定装置进行检定 4 平衡类转矩测量装置 这类装置是根据驱动机械 即原动机 或制动机械 即制动器 机体上作用的平衡力矩的大小来测量转 矩的装置 它通常由主机 平衡支承及平衡力测量机构三部分组成 并按三者的不同加以分类 平衡力 矩的大小通过平衡力和力臂长度等的测量来确定 因此 二者的测量误差及平衡支承摩擦力矩等是决定 这类机器的转矩测量不确定度的主要因素 这种装置的转矩值范围为 10 105Nm 总不确定度在 0 3 5 范 围内 5 能量转换转矩测量装置 这是根据其它能量参数 如电能参数 测量转矩的装置 通常是根据所测出的功率 转速 效率等来 确定其转矩 为了确定相同工作情况下的效率 常常在使用前由标准扭矩仪求确定其效率 这种装置一 般由直流电机组成 其转矩值范围为 10 105Nm 总不确定度在 1 10 范围内 扭矩测量仪的计量检定又称标定 它是测定扭矩测量仪的误差 确定它的精确度等级的必备过程 任何 形式的扭矩测量仪 在产品出厂时以及在日常使用中 都必须通过严格的计量检定 即经国家法定计量 检定机构测定它的测量准确度之后 才准许在实际测试工作中使用 四 扭矩计量器具检定系统框图 扭矩计量器具检定系统框图见图 6 7 二 标准扭矩仪 现在标准扭矩计应叫做标准扭矩仪 新制造 使用中和修理后的用百分表作为读数指示器的标准扭 矩仪均按照 JJG 557 1988 标准扭矩计 国家计量检定规程进行检定 一 环境条件应符合规程要求 二 选用合适的检定设备 标准扭矩计的检定应在误差不超过土 0 1 的标准扭矩机上进行 三 进行外观检查 四 扭矩示值的检定 1 将标准扭矩计安装调整成工作状态 并将百分表指针调至零点 或作为零点的起始位置 2 标准扭矩计与标准扭矩机之间应保证同轴连接 配合紧密 不得有晃动 加卸负荷应缓慢平稳 不得有冲击或超载 在 20 额定负荷下 每只百分表的变形示值 变形示值系指有负荷时和无负荷时扭矩 计同一只百分表读数的差值 以下简称示值 应大于 70 个分度 3 对标准扭矩计预先施加三次额定负荷 每次卸荷后检查百分表的回零差 并重新调整零点 最后 一次卸完负荷后 百分表指针应回零 或作为零点的起始位置 每只百分表的回零差应不大于 0 2 个分 度 4 标准扭矩计的定度一般应从额定负荷的 20 开始至额定负荷 定度点应尽量均匀分布 不应少于 8 点 6 5 按负荷增加顺序逐点进行定度 根据送检单位的要求 可增加回程定度 至少定度三次 每次加 荷前 应将百分表调至零点 或作为零点的起始位置 6 读数时 要用有弹性的小棒轻敲百分表的表面中部 7 取各次定度加 卸 负荷所得两个百分表示值的算术平均值之和 作为标准扭矩计相应负荷的示值 8 各级负荷下每只百分表的示值变动性 R 以两只百分表各自所得的测量数值按规程进行计算 9 各级负荷的示值长期稳定度按规程进行计算 10 标准扭矩计示值按规程进行温度修正 7 五 检定结果处理 按照下面 1 和 2 的规定 根据检定结果 判断所检定的标准扭矩计是否合格 1 标准扭矩计在同一级负荷下的示值变动性 在小于额定负荷 30 的负荷点上不得大于 0 5 其余负荷点均不得大于 0 3 2 标准扭矩计在同一级负荷下的示值长期稳定度 在小于额定负荷 30 的负荷点上不得超过土 0 5 其余负荷点均不得超过 0 3 8 3 经检定合格的标准扭矩计发给检定证书 检定不合格的标准扭矩计发给检定结果通知书并注明不 合格项 三 扭矩扳子检定仪 扭矩扳子检定仪 以下简称扭矩仪 按工作原理一般分为机械式 液压式和电子式 通常采用应变式 扭矩传感器 三类 机械式和液压式扭矩仪是将被检扭矩扳子的扳头与扭矩仪的承扭弹性体 或联轴器 同 轴串联 当在扭矩扳子尾部直接或间接施加扭矩时 弹性体 或联轴器 受扭产生扭转角 或传递 经过 一定的比例转换 杠杆比或液压油缸活塞比 产生一个与被测扭矩相对应的扭矩 此扭矩由模拟式指示 装置指示出来 电子式扭矩仪是将被检扭矩扳子的扳头与扭矩传感器的棘轮孔同轴串接 当在扭矩扳子 尾部直接或间接施加扭矩时 传感器受扭矩时产生相应的电信号 经放大 模一数转换 峰值保持 最 后在数字式指示装置上显示出来 按照 JJG 797 1992 扭矩扳子检定仪 国家计量检定规程进行检定 一 环境条件要符合规程要求 二 选用合适的检定设备 1 扭矩标准机 其不确定度应不超过被检扭矩仪不确定度的 1 3 2 检定杠杆和力值砝码应符合表 6 2 的要求 检定杠杆应有足够的刚度 表 6 2 杠杆和力值砝码 准确度级别 0 30 51 02 0 检定杠杆力臂长度误差 0 03 0 05 0 10 0 20 砝码力值误差 0 01 0 02 0 05 0 10 三 进行外观检查 四 电子式扭矩仪零点漂移的检定 扭矩仪预热 30 分钟 依次选择各量程并调好零点 目测零点变化 按规程进行计算在 30 分钟内零 点的最大漂移 Zd 五 扭矩示值的检定 1 扭矩仪的使用范围一般应从各量程最大值的 20 开始至最大值 特殊的扭矩仪不受此限制 但起 点不得小于最大扭矩值的 5 检定点不得少于 5 点 各点应均匀分布 2 机械式和液压式扭矩仪的检定 1 采用相应准确度级别的检定杠杆和力值砝码进行检定 2 将检定杠杆的支点轴与扭矩仪的承扭弹性体 或联轴器 同轴串接 并对检定杠杆进行静力平衡 保证初始扭矩为零 3 正式检定前应在最大扭矩值下预扭三次 将指示装置的指示器调准至零点 然后缓慢地施加扭矩 至最大扭矩值后 卸除扭矩 检查指示器回零情况 并重新调准至零点 4 每次检定前先对杠杆进行静力平衡检查 并将指示器调准至零点 先检定一个方向 按选定的检 定点逐级平稳地施加所需的砝码至最大扭矩值 然后卸除砝码 此过程至少进行三次 用相同方法检定 反方向的扭矩示值 读数应在达到预定值后 指示器稳定时立即进行 在检定过程中不允许调整指示器 5 对具有从动指针的扭矩仪 应在主动指针带从动指针的条件下进行检定 6 从动指针摩擦力的检定应在最小标尺上不带从动指针的条件下进行 按所检定的点检定一次 必 要时可检定三次 7 采用扭矩标准机检定时 必须保证被检扭矩仪的承扭弹性体 或联轴器 与扭矩标准机两夹头同轴 串接 3 电子式扭矩仪的检定 采用扭矩标准机 1 将扭矩传感器正确安装在扭矩标准机上 并保证与扭矩标准机两夹头同轴串接 待扭矩标准机 调好平衡位置后 再将扭矩指示器调准至零位 2 正式检定 定度 前须预扭三次 将指示器调准至零位 然后平稳缓慢地施加扭矩至最大扭矩值后 卸除扭矩 检查指示器回零情况并重新调零 9 3 先检定一个方向 按选定的检定点逐级平稳地施加扭矩 待指示器稳定后 读取扭矩示值 卸除 扭矩后 检查回零情况并重新调准至零位 此过程至少进行三次 用相同方法检定反方向的扭矩示值 4 在检定过程中不允许调整指示器 4 按规程进行计算各点扭矩的示值相对误差 示值重复性 回零误差 5 对新制造的双向扭矩仪要进行双向扭矩值检定 对修理后和使用中的双向扭矩仪允许按使用要求 进行单向扭矩值的检定 六 检定结果处理 按照表 6 3 的分类级别 根据上面的检定结果 判断所检定的扭矩仪是否合格 表 6 3 扭矩仪准确度级别 准确度级别示值相对误差 示值重复性 回零误差 F S 零点漂移 FS 0 3 0 30 3 0 03 0 05 0 5 0 50 5 0 05 0 10 1 0 1 01 0 0 10 0 20 2 0 2 02 0 0 20 0 50 四 扭矩扳子 扭矩扳子是一种带有扭矩测量机构的拧紧计量器具 它用于紧固螺栓和螺母 并能测量出拧紧时的 扭矩值 扭矩扳子按所使用的动力源 一般分为手动 电动 气动和液压四大类 按制造 测量原理一 般分为示值式和预置式两种 示值式又可分为指针式和数字式 预置式又可分为机械式和电子式 按照 JJG 707 2003 扭矩扳子 国家计量检定规程进行检定 一 环境条件符合要求 二 据实际情况确定检定项目 三 进行外观检查 四 示值回零误差 扭矩扳子加到额定扭矩值再回到零位后 零点示值的变化 指针式不能大于 0 2 个分度 数字式变 化不能大为 1 个字 这个项目可在示值检定时观察 五 超载性能 首次检定应按其使用方向施加额定扭矩值的 120 进行超负荷试验 保持 3min 卸载后各部件应不 得产生永久变形或损坏 六 示值检定 1 确定检定点 在规定的测量范围内 检定点均匀分布 一般不少于 3 点 其中必须包括测量范围 的下限和上限二点 预置式扭矩扳子可按使用的定值点数进行检定 2 扭矩扳子带有转接器或扭矩倍增器时 应结合所带的扭矩转接器或倍增器进行检定 3 检定前 应按额定扭矩值施加预扭 3 次 如果是双向扭矩扳子 进行反向加载时同样要按额定扭 矩值施加预扭 3 次 预置式设定值更换后 重新预扭 3 次 4 检定时 应按其使用方向平稳施加扭矩加载 不得产生冲击现象 5 检定方法 1 手动示值式扭矩扳子的检定 按扭矩扳子额定扭矩值正确选择标准装置的量程 安装前应分别调整标准装置和扭矩扳子指示器 的零位 将扭矩扳子正确地安装在标准装置上 然后按选定的检定点逐级平稳地施加扭矩至额定扭矩值 读出和记录各点扭矩值 此过程至少进行 3 次 每次施加至额定扭矩值后 卸除负载 检查扭矩扳子指 示器回零情况 并重新调整零位 指针式有从动指针的必须带动从动指针进行检定 用力臂圆盘加挂力值砝码的方法 力臂长度 L 不变 加挂力值砝码 F 以达到所需扭矩值的要求 将扭矩扳子手柄固定 扭矩扳子的扳头安装在圆盘中心上 调整扭矩扳子指示器零位 然后逐步平稳施 加各检定点的力值砝码 读出扭矩扳子扭矩值 此过程至少进行 3 次 手动预置式扭矩扳子的检定 按扭矩扳子额定扭矩值正确选择标准装置的量程 将扭矩扳子调整至所需检定点 然后将扭矩扳子 10 正确地安装在标准装置上 调整标准装置的零位 标准装置选用峰值保持功能 平稳施加扭矩至扭矩扳 子发出听觉或其他讯号 此时扭矩扳子自动解除载荷 读取和记录扭矩值 按此过程每点至少进行 3 次 液压式扭矩扳子检定 对大量程的液压式扭矩扳子 一般采用扭矩传感器串联的方式进行检定 按扭矩扳子额定值正确选 择适当的扭矩传感器 带有倍增器的扭矩扳子的检定 输入端用扭矩扳子 输出端用扭矩传感器 按倍率正确选用适当的输出端扭矩传感器 安装后调整 扭矩扳子和扭矩传感器零位 然后按选定的检定点 用扭矩扳子逐步平稳地施加扭矩 直至检定值 此 过程每点进行 3 次 电动 气动扭矩扳子的检定 不包括冲击式电动 气动扭矩扳子 电动 气动扭矩扳子检定时 应保证电源 气源稳定 检定时扭矩扳子应旋转自如 不允许产生堵 转现象 检定点数可按气动或电动扭矩扳子的技术要求进行 选用非旋转式扭矩传感器 并选用相应缓 冲器与扭矩传感器配合 检定时 扭矩扳子与缓冲器串接 选用旋转式扭矩传感器 配合固定的螺纹副 每一对螺纹副均处于拧松状态 检定时 扭矩扳子与传感器配合 并要求扳接头螺纹付 传感器在同一 轴线上 6 计算示值相对误差和示值重复性 七 检定结果处理 按照表 6 4 的分类级别 根据检定结果 判断所检定的扭矩扳手是否合格 表 6 4 示值相对误差 示值重复性 示值分辨力 示值分辨力 指针式数字式预置式 准确度级别 示值相对误差 e 示值重复性 R 每个标尺的分 度数不小于 1 1 01 0200 2 2 02 0100 3 3 03 065 4 0 050 5 0 040 6 0 030 10 10 010 020 最小数字增量不得大 于额定扭矩值 20 的 允许误差值的 1 2 无要求 五 静态扭矩测量仪 静态扭矩测量仪 以下简称扭矩仪 由扭矩传感器及相配的仪表组成 当扭矩传感器受到施加的扭 矩时 扭矩的大小由仪表进行指示 扭矩仪主要用于在实验室或工程现场对扭矩的测量 静态扭矩测量 仪的检定按照 JJG 995 2005 静态扭矩测量仪 国家计量检定规程进行 一 环境条件要符合要求 二 放置时间 扭矩仪应在检定条件下放置足够长的时间 保证其温度与标准检定条件的温度相同并稳定 推荐扭 矩仪的放置时间不少于 8h 三 预热 检定前必须对扭矩传感器及其相连的指示仪器 激励电源等通电预热 预热时间应符合制造厂的规 定 在各个部分稳定后 方可进行检定 注 制造厂未规定预热时间的 一般预热半小时至 1 小时 四 根据实际情况确定检定项目 五 选用合适的检定设备 1 根据扭矩仪的规格选用相应量程的扭矩标准装置 其准确度级别 原则上应优于被检扭矩仪准确 11 度级别的 3 倍 2 扭矩仪检定中使用的指示仪器的准确度级别至少应优于被检扭矩仪相应准确度级别的 3 倍 3 扭矩仪检定中使用的激励电源的准确度级别一般应优于被检扭矩仪准确度级别的 5 倍 六 外观检查 七 扭矩仪的安装 扭矩仪的主轴线与扭矩标准装置的主轴线相重合 以便尽量减小弯矩和侧向力 等寄生分量的影响 建议使用挠性联轴器 八 在扭矩仪安装前 测量并记录其在铅垂位置及无外加扭矩时的零点输出信号 九 对首次检定的扭矩仪 须进行超负荷试验 扭矩仪包括机械联轴器一起 推荐施加标称扭矩值 的 108 120 进行超负荷试验 共进行 2 次 每次保持 1 1 5 min 卸载后各部件不得产生永久变形或 损坏 十 示值检定 1 扭矩的检定范围一般应在满量程扭矩值的 20 100 检定点应不少于 5 点 各点应尽量均匀分 布 当检定值在满量程扭矩值的 20 以下时 则选用满量程扭矩值 10 5 2 这 3 个检定点 2 先测量一个方向 如顺时针 施加预载荷 3 次 每次加载到满量程扭矩值后退回到零负荷 预载 荷应保持 30s 每次预载荷卸掉后 约过 30s 记录显示仪表的读数 3 在无载荷的情况下 记录零点输出值 对以 Nm 为单位显示的仪表 在每组检定前 则必须调零 对于无法进行零位调整的数据 必须提供零位信号的附加信息 4 按选定的检定点逐级平稳地施加载荷 并保证两相邻检定点上加载间隔时间尽可能相等 直至满 量程扭矩 然后逐级卸除扭矩 退回到零负荷 30s 后读取零点输出值 需要时重新调整指示仪器的零点 上述过程进程 回程的次数取决于被检扭矩仪的准确度等级 读数应在达到预定载荷后 指示器稳定后 立即进行 用相同的方法进行逆时针的测量 5 改变扭矩仪的安装位置 一般应在另外两个不同的角度再进行检定 即使扭矩仪及其机械联接部 件围绕测量轴每转 120 进行检定 对配置矩形接头的扭矩仪应每转 90 各进行检定 当改变安装位置 时 应使扭矩仪及联接部件在检定装置中松绑状态下进行 十一 计算灵敏度 S 平均值 重复性 R 方位误差 Rot 回零差 Zr 滞后 H X 内插误差 Ip 示值误差 长期稳定度 Sb 十二 检定结果的处理 按照表 6 5 的分类级别 根据检定结果 判断所检定的扭矩仪是否合格 表 6 5 扭矩仪的等级划分及主要技术指标 最大允许误差 级别 CL R Rot H Zr FS Ip Sb 测量下限 MA 0 050 0250 050 0630 0125 0 025 0 054000r 0 10 050 10 1250 025 0 05 0 12000r 0 20 10 20 2500 050 0 10 0 21000r 0 3 0 150 30 3750 075 0 15 0 3667r 0 50 250 50 630 125 0 25 0 5400r 10 511 250 25 0 5 1200r 2122 500 50 1 0 2100r 52 556 251 25 2 5 540r 备注 CL 2CL1 25CLCL 4CL 2CL2 CL R 重复性 Rot 方位误差 H 滞后 Zr 回零差 Ip 内插误差 示值误差 Sb 长期稳定 度 r 显示仪表的分辨力 注 1 对使用点和检定点相同的扭矩仪 可不检内插误差 Ip 2 0 3 级为推荐级别 其他级别为优选级别 12 六 转矩转速测量装置的检定 转矩转速测量装置由转矩转速传感器 以下简称传感器 和转矩转速测量仪 以下简称测量仪 组 成 主要用于测量各种发动机 电机 风机 压缩机 液压泵 水泵 离合器 齿轮箱及转轴的转矩和 转速 并按功率函数式运算显示机械功率 按照 JJG 924 1996 转矩转速测量装置 国家计量检定规程进行检定 一 环境条件要符合要求 二 选用合适的检定设备 1 扭矩标准装置 其测量不确定度应不超过被检转矩测量不确定度的 1 3 2 电子计数式转速标准装置 其测量不确定度应不超过被检转速测量不确定度的 1 3 三 进行外观检查 四 零点漂移的测量 1 将传感器转轴与扭矩标准装置两夹头同轴串接 并将其输出线对应接至测量仪 一般预热 30min 后调好指示器零点 2 观察零点变化 按检定规程计算零点漂移 Zd 五 套筒和转轴同轴度引起转矩变化量的测量 1 套筒同轴度引起转矩变化量 Tc 的测量 将测量仪按传感器系数值和量程值设定 由无级调速拖 动设备带动传感器转轴空载转动 转速大于 600r min 拖动传感器小电机皮带轮 使得其内部套筒处于 不同转角位置 读取转矩指示器显示的指示值 其变化量按检定规程计算 2 转轴同轴度引起转矩变化量 T 的测量 将测量仪按传感器系数值和量程值设定 启动传感器的 驱动小电机 转动传感器转轴 使其处于不同转角位置 读取转矩指示器显示的跳动量 按检定规程计 算转轴同轴度引起转矩变化量 T 六 转速变化引起转矩变化量 Zn 的测量 1 在正 反两方向进行测量 测量点在额定转速范围内不少于 5 点 且均匀分布 2 将传感器的一端用万向节与无级调速拖动设备连接 按传感器系数值和量程值设定后 调好转矩 指示器零点 启动无级调速拖动设备 使传感器转轴在空负荷正 或反 方向旋转 读取在不同速度下的 转矩跳动量 按检定规程计算其变化量 七 转矩灵敏阈的测量 1 转矩灵敏阈的测量可在静态转矩值测量时进行 2 当传感器在零点和额定转矩作用下 分别在扭矩标准装置力臂杠杆的砝码盘上平缓地增加微小力 砝码 F N 使转矩指示器产生可觉察的变化时为止 计算灵敏阈 八 静态转矩测量误差和测量不确定度 1 转矩的测量范围一般应在额定转矩值的 10 开始至额定转矩值 测量点对于使用中的不少于 5 点 新制造和修理后的不少于 10 点 各点应均匀分布 2 将传感器的转轴与扭矩标准装置两夹头同轴串接 3 将传感器信号输出线对应接至测量仪 按传感器的标定系数值和量程值设定 启动传感器上的驱 动小电机 再将转矩指示器调准到零点 4 先按转矩转传感器额定转矩值加载 再加载至额定值的 120 一般预施加 3 次 每次卸载之后 检查指示器的回零情况 重新调整零点 读取最后 1 次预加载荷前 后转矩指示器的回零读数值之差 计算回零差 Zr 5 先测量一个方向 如正向 按选定的测帚点逐级平稳地施加转矩 至额定值的 110 120 然后 逐级卸除转矩 并检查回零情况 此过程进行 5 次 读数应在达到预定转矩值后 指示器稳定时立即进 行 用相同的方法测量反方向的转矩示值 6 每次加载前后 应将指示器调准至零点 加载时不允许卸载 卸载时不允许加载 7 按检定规程计算测量误差和不确定度 九 转速测量误差和不确定度的测量 1 新制造和修理后的转速测量仪应按相应转速表检定规程进行检定 13 2 具有转速传感器的测量仪 其转速应联机进行检定 无转速传感器的测量仪 可只检转矩示值 而其转速机构可进行机外检定 其检定方法按相应的检定规程进行 3 测量点 在规定范围内 示值测量不应少于 3 点 包括下限值和上限值 且均匀分布 4 测量前应在接近额定转速值试转一分钟 当转矩转速测量装置无异常现象 方可进行示值测量 5 以检定用的标准转速表为依据 传感器的转轴由无级调速拖动设备带动旋转 平稳地递增转速 待各测量点转速趋于稳定后 读取转速测量值 在每一量限内 由低到高对每个测量点读取一个量值 此过程进行 10 次 6 每次测量前应将指示器调整到零点 7 按检定规程计算测量误差和不确定度 十 测量仪如果不具备系数自动修正功能 在检定 或使用 的环境温度和标定温度不相同时 按检 定规程对传感器的标定系数进行修正 十一 对新制造的传感器要进行双向转矩的检定 对修理后和使用中的传感器允许按使用要求进行 单向转矩的检定 十二 检定结果的处理 按照表 6 6 的分类级别 根据检定结果 判断所检定的转矩转速测量装置是否合格 表 6 6 转矩转速测量装置准确度级别划分及主要技术指标 准 确 度 级 别 0 10 20 51 0 转矩测量误差 Wr FS 0 10 0 20 0 50 1 0 转矩扩展不确定度 UT FS 0 100 200 501 0 转速测量误差 Wn FS 0 10 0 20 0 50 1 0 转速扩展不确定度 Un FS 0 100 200 501 0 零 点 漂 移 Zd FS 0 02 0 04 0 10 0 20 回 零 差 Zr FS 0 010 020 050 10 转 矩 灵 敏 阈 Sr FS 0 020 020 100 20 套筒同轴度引起转矩的变化量 Tc FS 0 100 200 300 50 转轴变化引起转矩的变化量 T FS 0 100 200 300 50 技 术 指 标 转速变化引起转矩的变化量 Zn FS 0 100 200 300 50 经检定合格的转矩转速测量装置发给检定证书 检定不合格的发绐检定结果通知书 七 扭转试验机 新制造 使用中和修理后的 5N m 505kN m 金属材料扭转试验机 以下简称扭转机 按照 JJG 269 1981 扭转试验机 试行 国家计量检定规程进行检定 该检定规程中特别注明了 专用试验机的 检定可参照本规程进行 不适用于金属线材扭转试验机的检定 一 环境条件要符合要求 二 选用合适的检定设备 1 标准扭矩计 2 臂长误差不超过 0 1 的校验杠杆和误差不超过 0 1 的专用砝码 3 分度值不大于 0 1 1000 的框式水平仪 4 检验棒 工作长度为 150mm 5 百分表及表架 6 秒针跳动量为 0 1 秒的 1 级秒表 三 进行外观检查 四 主动夹头对被动夹头同轴度误差的检查 先把检验棒装在被动夹头中 检验棒伸出夹头约 100mm 百分表装在主动夹头上 使百分表围绕检 验棒端头及眶端头 100mm 处转动 测定此两处的径向圆跳动 取其大值记为 1 再把检验棒装在主动夹 14 头中 检验棒伸出夹头约 100mm 百分表用表架装在机身上 测定主动夹头转动时检验棒的端头和距端头 100mm 处的径向圆跳动 取其大值记为 2 按检定规程计算同轴度误差 主动夹头对被动夹头的同轴度 误差不应超过 0 3mm 五 试验机扭矩示值的检定 1 检定点 在每级度盘的使用范围内 示值检定不应少于五点 各点应均匀分布 可选择该级度盘 最大刻度值的 10 20 50 80 100 等五点 2 检定前指针应对准零位 检定时施加扭矩应平稳缓慢 3 检定是在带被动指针的条件下按进程进行的 每个检定点至少检三次 4 不带被动指针和带记录笔各检定一次 必要时可检定三次 其示值误差不得超过规定的误差值 该项检定可只在小度盘上进行 5 用校验杠杆检定时 杠杆本身应进行静力平衡 无附加力矩 6 用标准扭矩计检定时 应注意扭矩计定度时的温度与检定时的温度相 致 否则要进行温度修 正 检定时注意加荷过程中不应卸荷 卸荷过程中不应加荷 每次卸荷后 扭矩计指针应回零 若不回 零 其偏离量不应超过 0 2 个分度 六 计算出示值误差和示值变动度 七 扭矩记录误差的检定 以试验机度盘为准 带记录笔进行检定 根据记录纸上记录的扭矩值 纵坐标 按检定规程计算出 扭矩的记录误差 八 扭转角度记录误差的检定 根据夹头旋转的角度 通过记录在记录纸横坐标方向上应走的长度与实走的长度相比较来检查 检 查长度为记录筒一圈 按检定规程计算出扭转角度记录误差 九 对于有记录装置的试验机 其记录误差应符合下列要求 1 扭矩的记录误差在以试验机的度盘示值为根据时 不应超过满量程的 0 5 2 扭转角度的记录误差在记录筒转动一圈时 不应超过 1 十 对新制的试验机 除按规程检定外 必要时还应参照有关标准执行 使用中的和修理后的试验 机 在扭矩示值误差 示值变动度检定合格的情况下 可根据使用单位的要求适当增减检定项目 十一 检定结果的处理 按照下面的技术指标 根据上面的检定结果 判断所检定的扭转试验机是否合格 1 试验机的扭矩示值误差不应超过 1 2 试验机的扭矩示值变动差不应超过 1 经检定合格的试验机 检定部门发给检定合格证书 检定不合格的试验机 则发给检定结果通知书 八 汽车底盘测功机 底盘测功机是用于测量汽车驱动轮输出功率 扭矩 或驱动力 和转速 或速度 的专用计量设备 底 盘测功机主要部分为滚筒机构 动力吸收装置 控制与测量系统和辅助装置 有些底盘测功机附加飞轮 系统等 还可以测量汽车的加速性能 滑行性能等 按照 JJG 865 1994 汽车底盘测功机 国家计量检定规程进行检定 一 环境条件要符合要求 二 选用合适的检定设备 检定用仪器设备见表 6 7 三 外观和性能 1 底盘测功机应标有型号 规格 出厂编号 制造厂名 出厂日期等 2 各种开关 按钮 旋钮 仪表都应有明显的文字或符号标志 且操作灵活可靠 3 底盘测功机的调整系统应灵活方便 各活动部件运转灵活 不应有明显的阻滞现象 4 各种仪表显示应清晰 没有影响读数的明显缺陷 四 滚筒机构的检定 15 1 滚筒直径磨损量的检定 1 在主滚筒上不少于六处的圆周截面上 用游标卡尺测量其直径 滚筒标称直径与六处测量直径的 最小值之差除以标称直径即为磨损量 主滚筒直径的磨损量不应超过标称外径的 1 2 用刀口尺在主滚筒上不少于六处的母线上 用塞尺检查其磨损量 主滚筒直径的磨损量不应超过 标称外径的 1 表 6 7 检定用仪器设备表 2 滚筒表面径向圆跳动的检定 通过固定在基座上的百分表在主滚筒均匀分布的 5 个圆周截面上 测量其径向圆跳动量 主滚筒表 面的径向圆跳动不应超过标称外径的 0 3 3 主 副滚筒内侧母线的平行度检定 如图 6 8 安置百分表 用百分表在滚筒轴向两端测定主 副滚筒内侧母线的平行度 每组主 副滚 筒内侧母线的平行度为 1 mm m 图 6 8 主 副滚筒内侧母线平行度检定示意图 五 扭矩 或驱动力 的检定 1 将专用测力杠杆固定在底盘测功机的规定位置 并调整好杠杆水平位置及静平衡即当测力杠杆不 加负荷时 扭矩或驱动力仪表的示值为零 然后 按规定要求预热 注 对有的底盘测功机有专用承载平台 无需专用测力杠杆 可以在专用承载平台上直接加载砝码 但必需测量专用承载平台中心至旋转中心的距离 即力臂长 2 在测力杠杆 对有的底盘测功机在专用承载平台 上加载砝码 按扭矩表 或驱动力表 测量上限值 的 10 20 40 60 80 100 读取示值 然后逐级减载至零 重复进行 3 次 3 零值误差的检定 检定项目检定用仪器设备主要技术参数 游标卡尺 不小于 500mm 长量爪 0 10mm