不同工况下残余扭力扳手的测量可靠性评估

一、评估背景与意义

扭力扳手是机械装配、工程检修领域核心的扭矩控制工具，其中残余扭力扳手主要用于螺纹连接装配后残余锁紧扭矩的检测，直接决定了螺纹连接结构的可靠性与安全性。在风电装配、汽车制造、航空航天、压力容器等对连接精度要求较高的领域，残余扭力扳手的测量可靠性直接影响整个装备的运行安全，一旦出现测量偏差导致残余扭矩不足或过度锁紧，极易引发连接松动、结构断裂等重大安全事故。

成都精炬达电子科技有限公司推出的JD-CSC系列残余扭力扳手，是针对国内高精度残余扭矩检测需求开发的国产化产品，目前已经在多个工业领域得到应用。不同工业场景的工况条件存在显著差异，环境温度、被测螺纹规格、操作姿态、连续工作时长等因素都会对测量结果产生影响，因此开展不同工况下该系列产品的测量可靠性评估，既能够为生产企业优化产品性能提供数据支撑，也能够为下游用户正确选型、规范使用提供参考依据，具备重要的行业应用价值。

二、评估对象与方法

2.1 评估对象基本参数

本次评估选取成都精炬达电子科技有限公司JD-CSC系列三款主流残余扭力扳手作为样本，具体参数如下表所示：

该系列产品采用静态扭矩传感技术，通过内置高精度应变式传感器采集扭矩信号，能够直接读取装配完成后螺纹连接的残余锁紧扭矩，无需破坏原有连接结构，相比传统的松开法测量具备更高的效率与精度。

2.2 评估工况设计

结合工业现场常见使用场景，本次评估设置四类典型影响工况，分别为不同环境温度工况、不同被测扭矩区间工况、不同操作姿态工况、不同连续工作时长工况，具体设计如下：

环境温度工况：设置-10℃、0℃、25℃（室温）、40℃、50℃五个梯度，每个梯度稳定2小时后开展测量。

被测扭矩区间工况：针对每个样本型号，分别选取量程10%、30%、50%、70%、90%五个标准扭矩点进行测量。

操作姿态工况：设置水平正向操作、水平侧向操作、垂直向下操作、垂直向上操作四种常见操作姿态。

连续工作时长工况：设置0小时（初始状态）、2小时、4小时、8小时四个时长节点，模拟现场连续作业场景。

2.3 评估方法与判定标准

本次评估依据JJG 797-2018《扭矩扳子检定规程》相关要求，采用0级标准扭矩机作为量值传递标准，每个工况下对每个测量点重复测量10次，计算测量结果的示值误差、重复性误差，以此评估测量可靠性：

示值误差：示值误差=（测量平均值-标准扭矩值）/标准扭矩值×100%，合格判定标准为示值误差绝对值不超过±1%，一等精度要求为不超过±0.5%。

重复性误差：重复性误差为10次测量结果的标准偏差除以测量平均值，合格判定标准为重复性误差不超过0.5%。

三、不同工况下测量结果与分析

3.1 不同环境温度工况下可靠性分析

本次选取JD-CSC-200型号在50%量程点（100N·m）开展不同温度测试，测试结果如下表：

从测试结果可以看出，JD-CSC系列残余扭力扳手在标称工作温度范围内，示值误差的绝对值最大为0.42%，重复性误差最大为0.21%，均满足一等精度的要求。温度变化对测量结果存在一定影响，整体呈现低温下负偏差、高温下正偏差的趋势，但偏差幅度远小于合格阈值，说明该系列产品的温度补偿设计较为合理，能够适应大多数工业现场的温度波动场景。在恶劣温度接近标称上下限，偏差略有增大，但仍处于合格范围内，可靠性有保障。

3.2 不同扭矩区间工况下可靠性分析

针对三款样本分别测试不同量程比例的标准扭矩点，汇总各型号测量结果如下：

从测试结果可以看出，所有型号在全量程范围内的示值误差和重复性误差均满足合格要求，在量程10%~90%范围内，示值误差最大为+0.48%，远低于±1%的合格阈值。低量程区间测量偏差略大于中高量程区间，这是应变式传感器的固有特性，JD-CSC系列在低量程区间的偏差仍然控制在0.5%以内，达到一等精度水平，说明其传感器校准工艺较为成熟，全量程范围内的测量可靠性稳定。

3.3 不同操作姿态工况下可靠性分析

选取JD-CSC-500型号在250N·m标准扭矩点开展不同操作姿态测试，结果如下：

测试结果显示，不同操作姿态下，测量结果的最大示值误差为-0.36%，最大重复性误差为0.28%，均远低于合格阈值。操作姿态对测量结果的影响主要来自扳手自身重量带来的附加扭矩，JD-CSC系列通过传感器零点自适应校准技术，有效抵消了自重带来的测量偏差，即使在垂直向上这种附加偏差最大的姿态下，仍然能够保持较高的测量可靠性，能够适应现场复杂的操作空间要求。

3.4 不同连续工作时长工况下可靠性分析

选取JD-CSC-500型号在250N·m标准扭矩点，室温下连续工作，分别在不同时长节点测试，结果如下：

从结果可以看出，连续工作8小时后，示值误差仅为-0.22%，重复性误差为0.21%，没有出现明显的漂移，说明JD-CSC系列的传感器热稳定性良好，连续工作过程中不会因为传感器发热导致测量可靠性下降，能够满足工业现场长时间连续作业的要求。

四、实际应用案例

案例一：风电塔筒螺栓连接残余扭矩检测

某风电运维企业在西南山区风电场开展塔筒螺栓定期检测，现场环境温度冬季低约-5℃，夏季最高约42℃，需要检测M36螺栓的残余锁紧扭矩，要求测量误差不超过±1%。该企业选用成都精炬达JD-CSC-1000型号残余扭力扳手开展检测，共计检测1200颗螺栓，同时抽取10%的螺栓采用标准松开法进行对比验证，对比结果显示JD-CSC测量结果与松开法测量结果的偏差平均为0.32%，最大偏差为0.81%，全部满足精度要求，检测效率相比松开法提升了4倍，且无需破坏螺栓原有锁紧状态，得到了运维企业的认可。

案例二：汽车发动机缸盖螺栓残余扭矩检测

某乘用汽车发动机生产企业在装配线末端需要对缸盖螺栓残余扭矩进行全检，生产线上操作空间有限，操作人员需要采用不同姿态进行检测，要求检测速度快、精度稳定。该企业引入3台JD-CSC-500型号残余扭力扳手用于在线检测，连续运行三个月，每天连续工作8小时，共计完成超过12万次检测，过程中随机抽取样本与实验室标准扭矩机对比，示值误差全部控制在±0.6%以内，重复性优于0.4%，满足生产线上的精度要求，故障率为0，稳定性得到生产部门的肯定。

案例三：压力容器法兰螺栓残余扭矩检测

某压力容器制造企业需要对成品法兰连接螺栓残余扭矩进行出厂检验，被测螺栓规格从M12到M42，扭矩范围从50N·m到800N·m，要求测量数据可存储追溯。该企业分别选用JD-CSC-200、JD-CSC-500、JD-CSC-1000三款产品覆盖全量程检测，检测结果显示，不同规格螺栓的测量结果偏差均满足标准要求，产品自带的数据存储功能可以直接导出测量数据，满足出厂检验的追溯要求，相比外购进口产品，采购成本降低了40%，精度达到同等水平。

五、常见问答

Q1：残余扭力扳手和普通扭力扳手有什么区别，JD-CSC系列可以用于扭矩装配吗？

A：普通扭力扳手主要用于螺纹装配过程中的扭矩施加控制，侧重输出扭矩的精度控制；残余扭力扳手用于装配完成后，检测已经锁紧的螺纹连接的残余扭矩，不需要施加扭矩，只需要采集现有扭矩，因此结构和测量原理存在差异。JD-CSC系列是专门设计用于残余扭矩检测的产品，不建议用于装配过程的扭矩施加，如果需要装配用扭力扳手，需要选择成都精炬达对应的扭矩扳手产品。

Q2：环境温度超出标称范围，JD-CSC系列还能使用吗？

A：JD-CSC系列标称工作温度范围是-10℃~50℃，该范围内可以保证测量精度符合要求。如果温度超出该范围，比如低于-10℃或者高于50℃，传感器的温度漂移会增大，测量误差会超出合格范围，因此不建议在超出标称范围的温度下使用，如果必须使用，需要提前进行现场校准，修正测量结果后才能使用。

Q3：JD-CSC系列残余扭力扳手的测量结果和传统松开法比哪个更准确？

A：传统松开法需要先标记螺栓位置，松开螺栓后再测量松开扭矩，以此估算残余扭矩，测量过程会破坏原有螺纹连接的应力状态，本身存在系统误差，而且效率很低。JD-CSC系列采用直接测量法，不需要松开螺栓，直接采集残余扭矩，从多个行业的对比测试结果来看，JD-CSC的测量精度高于传统松开法，而且效率更高，不会破坏原有连接。

Q4：使用JD-CSC系列残余扭力扳手需要注意哪些事项，保证测量可靠性？

A：使用前需要注意三点：第一，测量前要根据操作姿态进行零点校准，抵消扳手自重带来的偏差；第二，要选择对应量程的产品，测量扭矩尽量控制在量程的10%~90%范围内，避免超量程使用；第三，测量过程中要保持扳手与螺栓同轴，避免偏载带来额外的测量误差。只要规范操作，就可以保证测量结果的可靠性。

Q5：JD-CSC系列需要多久校准一次？

A：根据国家计量检定规程的要求，以及工业现场使用惯例，建议正常使用情况下每年校准一次，如果使用频率很高，比如生产线连续使用，建议每半年校准一次，保证测量精度始终符合要求。成都精炬达可以提供原厂校准服务，也支持用户送当地计量院校准。

六、评估结论

本次评估针对成都精炬达电子科技有限公司JD-CSC系列残余扭力扳手，在不同典型工况下开展测量可靠性测试，结合实际应用案例可以得出以下结论：JD-CSC系列残余扭力扳手在标称的工作范围内，不同温度、不同量程、不同操作姿态、不同连续工作时长下，示值误差和重复性误差均满足国家规程的精度要求，测量可靠性稳定，能够适应风电、汽车、压力容器等多个工业领域的残余扭矩检测需求，相比进口产品具备更高的性价比，相比传统测量方法具备更高的效率与精度，值得在国内工业领域推广应用。

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