(泰州市计量测试院 江苏泰州 225300)
摘要：扭矩扳手是设备维修及加工组装行业中必不可少的工具，以一定的扭矩拧紧各种螺栓，能保证机械设备的可靠连接和正常工作。随着扭矩扳手技术的发展，其在工程领域的应用势必会越来越广泛。文章通过对现有扭矩扳子检定仪结构、种类、性能、特点及发展动向对扭矩扳子检定的分析，为选型及使用提供参考。
关键词：扭矩扳子；扭矩传感器；检定；校准
0引言
鉴于扭矩扳子在汽车、兵器、航空、核电、航天、造船等行业中的广泛应用，为保证扭矩扳子量值传递的准确、统一、可靠，需定期的对扭矩扳子进行检定和校准。
1 产品概述
1.1 定义
各生产厂商对扭矩扳子检定装置的称谓不尽相同：扭矩扳子校准装置、扭矩工具检定仪、扭矩扳子检定仪等。依据《JJG707-2014扭矩扳子检定规程》，本文将用于测量扭矩扳子、扭矩螺丝刀、其他结构形式的带有扭矩测量机构的拧紧计量器具（含附件）的仪器，定义为“扭矩扳子检定仪”。
1.2 工作原理
扭矩扳子检定仪一般主要由扭矩测量仪、扭矩传感器、加力工作台三部分组成。有的可附加系统扭矩扳子检定仪软件和自校装置。当装在扭矩扳子检定仪上的被检扭矩扳子受到加载力后，扳子承受扭矩的作用，同时传递到检定仪的扭矩传感器上，该扭矩值通过扭矩测量仪电路的运算、放大显示出测量值。
2 产品的分类及特点
2.1 按检测方式可分为固定传感器加载和旋转传感器加载
1）固定传感器加载
扭矩传感器固定在工作台上，通过扭矩扳子转动加载。这种加载方式的特点是结构简单、造价低廉、便于携带移动，适于扭矩扳子量程单一或使用装配现场及实验室的检验。这种加载方式也有一个较大的缺点，加载是在扳子手柄的垂直方向用一丝杆来推动加力，由于丝杆的运动轨迹是一直线，而扭矩扳子的运动是弧线，二者有相对运动，在扭矩扳子的轴向上有附加摩擦力，对测量会产生较大误差。
2）旋转传感器加载
扳子固定在工作台上，通过旋转传感器加力，这种加载方式又有水平旋转式和卧式旋转式。水平旋转式：扭矩扳子水平旋转，优点是扳子不需要特殊固定，大幅提高工作效率，安全可靠，系统误差小，扭矩值复现准确，精度高。
卧式旋转式：扭矩扳子旋转轴线水平，适于做大扭矩扳子的检测。缺点是扳子有自重，会对测量精度有影响，有时需要对扳子进行辅助固定。
2.2 按加载方式可分手动加载和电动加载
1）手动加载
这种方式加载方便，便于控制。手动加载又可分为直接加载式、偏心轮加载式、丝杆加载式和减速装置加载式。
①直接加载式
直接在被测扳子上手工加力，结构简单，体积小，灵活方便。适于小扭矩值扳手的检测，一般在300N·m以下更可行。壁挂式和一些小量程的台式检定仪采用此种加载方式，加载的稳定性和重复性较差。
②偏心轮加载式
采用偏心轮加载装置，因增加了杠杆力，比直接加载能够省力。由于偏心轮与扭矩扳子手柄之间有相对运动，在扳子的轴线上产生滑动摩擦，带来轴向上的附加载荷，会影响测量结果的准确性。有些装置采用了滚动偏心轮加载，可将滑动摩擦变为滚动摩擦。另一缺点是作用在偏心轮加长杆上的力，对工作台有一个外力，在这个外力较大时，可能带动工作台移动，引起测量误差，这时工作台需要特殊的固定。
③丝杠加载式
始终在扳子手柄的垂直方向通过丝杠推动加载，比前两种方式更省力，且结构简单，方便易行。
④减速机加载式
通过齿轮或蜗轮蜗杆减速机构加载，省力且扭矩产生的力为内力，不对工作台产生向外的作用力，加载均匀易控制，可实现大扭矩值的加载。
2）电动加载
采用电机替代人力加载，即省力又高效，是进行较大量程和大批量检定校准的优选工具，但这样的设备制造成本较高。
2.3 按结构形式可分为壁挂式、台式、不可换传感器式和可更换传感器式
1）壁挂式
可固定在墙壁，适于生产装配现场扭矩扳子的在线校验，应具备足够的响应速度和峰值保持功能。
2）台式：可分为便携式和固定式
便携式：移动方便，不需要固定。固定式：检定装置固定在工作台上，精度高，量程范围大，适于实验室检定。
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3）不可换传感器式
由一只或几只传感器固定在工作台上，不能更换，每只传感器有一个量程，不同的量程对应不同的设备，适于规程单一、有一定批量的扭矩扳子检测。
4）可更换传感器式
可通过更换不同的传感器，实现不同的量程，实现一机多用，提高检测精度。适于不同种类、不同量程扭矩扳子的检测。国内产品系统测量精度可达到0.3%，可以不用工具快速更换传感器，完成1~10级扭矩扳子的检定、校准。
2.4 按自动化程度可分为手工与自动
1）手工操作
加载、读数、记录完全靠手工操作，简易、成本低。
2）半自动式
由人工控制过程，能实现加载、记录、误差计算，证书生成、查询、打印等部分自动操作。
3）全自动
可实现某些扳子如定值式扭矩扳子从加载到生成测试记录、检定证书、判定扳手准确度等级的全部自动操作。可降低劳动强度，避免人为误差，提高工作效率。
3 扭矩检定仪发展动向
1）使用便捷化
为装配现场研发，方便现场随机校验。
2）功能专一化
每台仪器有不同的量程，形成产品系列。适于品种单一、数量较大的实验室检定校准。
3）软件智能化
软件设计采用数字滤波、自动校零、非线性补偿等新技术，使整机具有采样速度快、测量精度高、抗干扰能力强的特点。可实现从扳手加载到生成测试记录检定证书、判断精度等级全部操作，降低劳动强度，提高工作效率。
4）设备自校化
由力矩杠杆和标准砝码组成的自校装置，可随时对扭矩检定仪传感器进行测试，保证系统的测量精度。
4 选型中应注意的问题
1）基本要求
符合检定、校准要求的精度等级，完整的检定报告，完整的检定溯源系统和符合实验室高要求的质量。
2）准确度
扭矩扳子检定仪，其给出的标准值的扩展不确定度为被检扭矩扳子最大误差的1/3~1/10，或检定仪的准确度等级应优于被检扳子准确度等级的1/3。
3）量程
扭矩扳子的测量范围是额定扭矩值的20%~100%，首次检定的扳子应以测量上限值的20%进行超载性能试验，因此检定仪的工作量程应选被检扳子的20%~120%。
4）性能
扭矩检定仪应能保持扳子处于正确的检定方位和加载作用点可调，应具有足够的响应速度和峰值保持功能，这对于检定、校准预置式扳子非常必要。
5 扭矩检定的实际操作
5.1 准备工作
1）扭矩扳子应在实验室内放置足够长的时间，达到与实验室的温度相同。
2）首先对被检扳子的外观进行检查，确认仪器与扳子的功能正常可靠，并符合检定规程中对其外观结构与附件的有关要求。
3）根据被检扳子的额定值，选定检定仪扭矩传感器的量程，一般选择被检扳子额定值的20%~120%。
5.2 适应性操作
1）带棘轮的扭矩扳子，其扳接头应能灵活转动，无卡滞现象，锁紧装置应可靠，扳接头方榫上的钢球或活动锁应活动自如，不得滑出，应能可靠地与套筒相连。
2）指针式指示装置的指针不应松动和弯曲，指针和被动针与分度盘表面应平行，并能与标尺任意刻线重合，在施加扭矩过程中指针和被动针运转应平衡，无冲击、停滞等不正常现象，指针宽度不大于1/5分度值。
3）预置式扭矩扳子的设定装置应灵活可靠，能设定所需扭矩值，当施加的扭矩值达到设定值时，应能发出响声或其他信号。
5.3 基本操作
1）开机预热后，将外观检查正常的扳子放在检定装置上，调整检定仪零位，按额定值预扭3次；双向扭矩扳子，在进行反向加载前同样要预扭3次；预置式设定值更换后，也要先预扭3次。
2）检定时，应按其使用方向平稳加载，不得产生冲击现象。
3）指针式有从动指针的必须带动从动指针进行检定。
4）预置式扭矩扳子，将扭矩扳子调整至所需检定点，然后将扭矩扳子正确地安装在检定装置上，调整零位后，选用峰值保持功能，平稳施加扭矩至扳子发出响声或其他信号。
参考文献：
［1］陈经明．扭矩扳手检定仪研究［D］．哈尔滨:哈尔滨理工大学，2014．
论文作者:汤金鑫
论文发表刊物:《江苏科技报》2017年2期
论文发表时间:2017/9/22
标签：扳子论文; 扭矩论文; 加载论文; 量程论文; 传感器论文; 装置论文; 偏心轮论文; 《江苏科技报》2017年2期论文;