电动扭矩扳子检测方法与数据处理

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　　【摘要】 本文介绍了电动扭矩扳子的概念和分类，提出了电动扭矩扳子的测量方法和步骤，并依据JJF 1610-2017《电动、气动扭矩扳子校准规范》，总结归纳了相关参数的数据处理方法。
　　【关键词】 扭矩仪;测量方法;数据处理
　　【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2019.01.004
　　Abstract： This paper introduces the function and principle of electric torque wrench. The measuring methods and procedures for electric torque wrench were put forward. According to the provision in JJF 1610-2017 Calibration Specification for Electric and Pneumatic Torque wrenches，the data processing methods of relevant parameters were summarized.
　　Key words： torque wrench;measuring method;data processing
　　电动扭矩扳子是以电力为驱动输出设定扭矩值的螺栓拧紧工具，通常由电动马达、扭矩控制机构、扭矩输出机构等部分组成。电动扭矩扳子比手动扭矩扳手体积小、重量轻，能够通过操作按钮设定扭矩值，避免了手动扳手由于老化和锈蚀等原因而无法调值的问题，所以其使用寿命较长。这些优点使电动扭矩扳手在风电、核电、汽车制造等行业得到了广泛的应用，越来越多的企业逐渐使用电动扳手来替代手动扳手。电动扭矩扳手的精度也直接影响着装配的质量，因此对电动扭矩扳手的检测是保证产品质量的重要环节。
　　1 概述
　　1.1 电动扭矩扳子的分类
　　电动扭矩扳手在外观结构上可分为三种：一种是电动螺丝刀，大多数采用枪式结构，扭矩值一般在10 N·m以下，设定扭矩值主要通过转动刻度旋钮或通过数显操作面板调节;另一种外观与手动扳手一致，底部装有电池，扭矩值一般在200 N·m以下，具体可分为数显式和定值式;最后一种采用立式结构，最大扭矩值可达到5000 N·m，由于扭矩值较大，在扳手方榫处装有反力臂装置。
　　1.2 电动扭矩扳子的检测方法
　　第一种是刚性连接的检测方法，即将电动扳子的方榫与传感器同轴相连，启动电动扳子，手持或利用反力臂装置加载扭矩，由于采用刚性连接，扳子方榫无法发生转动，所以不能够良好的还原现场的使用环境，而且因为扳手头发生堵转，导致一些电动扳子无法输出扭矩。
　　第二种是现场检测的方法，即将电动扳子转动头与被拧紧螺栓之间串接一个标准扭矩传感器，在现场进行测量，该方法能够良好的复现现场工作环境，但是由于工装尺寸等问题，往往需要多次转接才能够测量，导致测量精度不準，转接次数过多还可能导致电动扳子的反力臂无法匹配工位等情况。
　　本文介绍的检测方法是JJF 1610-2017《电动、气动扭矩扳子校准规范》中推荐的方法，即电动扳子通过高、低扭矩率模拟器与扭矩传感器相连，模拟现场使用环境，该方法测量精度较高、重复性较好。
　　2 检测方法
　　2.1 检测依据
　　依据JJF 1610-2017《电动、气动扭矩扳子校准规范》中的检测方法进行测量。
　　2.2 环境条件
　　环境温度为10～35 ℃，相对湿度不大于85%，工作电源的电压波动不应超过额定电压的10%，在对电动扳子进行测量时周围不应有振动、冲击、电磁干扰和腐蚀性介质。
　　2.3 测量所用标准器
　　可根据电动扳子的规格选择相应量程的扭矩仪，扭矩仪的显示仪表能够显示峰值，采样率不低于500 Hz，其扩展不确定度不大于被校电动扳子示值的扩展不确定度的1/3。
　　2.4 校准点的选择
　　电动扭矩扳子的检测点一般选取3个点（包括量程的最大值和最小值），也可根据用户的要求选取校准点。
　　2.5 校准方法
　　根据电动扭矩扳子的校准点和旋转方向选择相应的高扭矩率模拟器和低扭矩率模拟器，将其稳定的安装在工作台上，将模拟器、标准扭矩传感器和电动扭矩扳子依次连接起来，并保证其同轴性，安装好反力臂档杆，使电动扳子的反力臂装置能够与档杆接触并保持稳固，将扭矩仪的显示仪表清零，将电动扭矩扳子调至最大值后施加扭矩，预扭3次，卸除模拟器的负载，清除扭矩仪仪表上残余的示值。开始正式测量时，对于横握式的电动扳子应保证扳子力臂处于水平方向，对于竖直式电动扳子应保证力臂方向垂直，按下扳子的转动按钮，稳定地施加扭矩，记录仪表上显示的峰值，每个校准点重复测量10次，以10次测量的平均值作为测量结果。更换不同扭矩率的模拟器，重复以上测量步骤。
　　3 数据处理
　　3.1 高扭矩率算术平均值
　　高扭矩率测量结果的算术平均值可按下式计算：
　　3.2 高扭矩率示值相对误差
　　高扭矩率示值相对误差可按下式计算：
　　3.3 高扭矩率示值重复性
　　高扭矩率示值重复性可按下式计算：
　　3.4 低扭矩率算术平均值
　　低扭矩率测量结果的算术平均值可按下式计算：
　　3.5 低扭矩率示值相对误差
　　低扭矩率示值相对误差可按下式计算：
　　3.6 低扭矩率示值重复性
　　低扭矩率示值重复性可按下式计算：
　　3.7 内插误差
　　当电动扭矩扳子的设定值以非扭矩量值单位显示时，无法计算其示值相对误差，需计算其内插误差并给出校准方程，内插误差可按下式计算：
　　4 结语
　　文中的校准方法中分别采用了高、低扭矩率模拟器连接扭矩传感器对电动扭矩扳子进行测量，不同扭矩率的模拟器在量程范围内的可转动角度不同，较好的还原了现场的使用环境，且各部件安装牢固，不易发生串位、松动等现象，保证了测量的稳定
　　性和重复性。电动扭矩扳子使用方便、寿命比手动扭矩扳子长，越来越多的企业选择电动扳子作为生产线上的拧紧工具，但是由于其电动加载的特性，施加扭矩时会造成冲击，若使用或检测方法不规范，则可能导致测量结果不准确，所以规范的检测方法是保证测量精度的重要手段，各项数据参数也是评估和监控电动扳子扭矩量值的重要指标。本文对电动扭矩扳子的检测方法和数据处理给出了自己的理解，仅供参考。
　　【参考文献】
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　　[2] 王春良，李晓光，吕留付，等.电动液压扭矩扳手的应用[J].机床与液压，2016（16）：38-44.
　　[3] 电动、气动扭矩扳子校准规范：JJF 1610-2017[S].
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