扭矩标准机测量结果的不确定度评定

摘 要 ： 文章通过对影响扭矩标准机测量结果扩展不确定度的各个不确定度分量进行分析,评定出扭矩标准机测量结果的不确定度,验证了扭矩标准机测量结果的准确可靠,保证了扭矩量值传递工作的顺利进行.

关 键 词 ： 扭矩标准机；不确定度分量；不确定度评定

中图分类号：TG80 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）04-0319-02

0 引言

扭矩标准机是检定标准扭矩仪和工作扭矩仪标准装置,受其力值、长度、摩擦、同轴度、稳定度及重复性等的影响.现以苏州市计量测试研究所DTM-1000扭矩标准机为例,对其进行不确定度评定.

1.评定对象

扭矩标准机名称：静重式扭矩标准机（以下简称标准机）；型号：DTM-1000；出厂编号：0107120；准确度等级：0.05级.

2.评定依据

F 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》；

G 769-2009《扭矩标准机检定规程》.

3.评定方法

3.1 各标准不确定度分量

3.1.1 力臂长度变化引入的标准不确定度分量μL

①由温度变化引入力臂长度变化的相对标准不确定度μLW.设力臂长度由于温度变化引起的允差极限为

±ΔLW,根据公式ΔLW等于LαΔt.已知钢材的膨胀系数为α等于1.2×10-5℃-1,苏州市计量测试研究所标准机的力臂为L等于0.5m.根据检定规程标准温度（20±5）℃,所以Δt等于±5℃,ΔLW等于0.5×1.2×10-5×5等于3×10-5（m）当采用均匀分布时得：

μLW等于3×10-5/ 等于1.73×10-5（m）

②由测量长度引入的标准不确定度分量μLC.根据检定规程杠杆臂长的最大允差为标准机准确度的1/3,所以杠杆臂长的最大允差为±0.015%,当采用均匀分布时得：

μLC等于0.015%÷ 等于0.87×10-6

③扰度变形引入的标准不确定度分量μLb.由于力臂受集中载荷产生弯曲变形使力臂长度发生变化产生的标准不确定度分量μLb.根据公式得到：θA等于PL2/2EIP.已知θ极限值为0.115°,得到：ΔLb等于1.25×10-7（m）.当采用B类评定, 均匀分布时得：

μLb等于1.25%×10-7÷ 等于0.72×10-7（m）

④力臂偏离水平位置引入的标准不确定度分量μLe.由于虽有水平臂拉平,但由于位移传感器或水平指示有误差,故引入力臂偏离水平的标准不确定度.一般产生长度变化为ΔLE等于1.25×10-7（m）,当采用均匀分布时得：

μLe等于1.25×10-7/ 等于0.72×10-7（m）

⑤力臂长度与传感器配合上引起的标准不确定度分量μLt.当力臂与传感器配合时,产生在同一轴心线上引起的该项标准不确定度,这是由于加工允差所产生的,从而由实际测量得到ΔLt等于2.5×10-5（m）.设可能值在允差范围内,采用均匀分布时得：μLt等于2.5×10-5÷ 等于0.14×10-6（m）.

综上所述,得到力臂长度变化的标准不确定度分量μL,因此：μL等于 等于0.90×10-6（m）.

3.1.2 作用力引入的相对不确定度μF/F

①专用砝码引入的不确定度分量μFm.得知本所专用砝码F2等,则允差极限为0.78×10-5N,设为均匀分布,则：μFm等于0.78×10-5/ 等于0.45×10-5（N）.

②地理位置引起加速度变化而引入的相对不确定度分量μFg.因苏州临近上海,故采用上海地区的总力加速度g上海,已知由于地理位置引起的允差极限为?驻g等于6×10-6m/s2,设为均匀分布,得到：μFg/g等于6×10-6/9.7946× 等于0.35×10-6.

③温度变化引入的相对标准不确定度分量μFy.由于偏离标准温度（20℃）Δt℃,导致空气密度和专用砝码密度的变化,从而使密度因子Y等于（1- 产生变化.设密度因子的最大变化量ΔY,按其公式 ΔY/Y等于0.52198×10-6Δt,当温度变化为Δt等于±5℃时,ΔY/Y等于2.61×10-6,所以当采用均匀分布时得到：μFy/y等于2.61×10-6/ 1.51×10-6,根据以上所得

3.1.3 摩擦扭矩引入的相对标准不确定度分量μf/T

①根据测试得到其实验标准偏差为：s1等于0.01N·m.

②根据测试得到其实验标准偏差为：s2等于0.05N·m,所以摩擦力引起扭矩变化的相对标准不确定度分量为：

μf/T等于（0.01+0.05）/1000等于6×10-5

3.1.4 轴心线变化引入的扭矩相对标准不确定度分量μδ/T.由于力臂中心和平衡臂中心不在同一轴线上,仪器测量误差的变化.由测量并计算得到：μδ/T等于1.5×10-4.

3.1.5 标准机的年稳定度引起的相对标准不确定度分量μs/S.标准机由于长时间使用,会引起年稳定性的变化.根据检定规程得知,我所的扭矩标准机年稳定度为±0.025%,当采用均匀分布时得到：

3.1.6 标准机重复性引起的相对标准不确定度分量μR/R.由于在同一时间内多次的测量引起了相对重复性的变化.根据检定规程得知标准机的示值重复性为0.02%.认为其为均匀分布,得到：

3.2 相对合成标准不确定度μc

根据上述分析得知,各分量互不相关,所以得到：

等于0.60×10-4.

3.3 扩展不确定度U

取包含因子k等于2,得到：U等于2μc等于2×0.60×10-4等于1.20×10-4<0.05%.

4.结束语

该扭矩标准机的扩展不确定度度优于MPEV的三分之一,符合F 1094-2002《测量仪器特性评定》的要求.