rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2026-22-3-41-50HJUXLGrmjournal-641Research ArticleСовременные методы анализа веществ и материаловModern methods of analysis of substances and materialsПрименение физико- математической модели процесса измерений крутящего момента силы для формирования технических требований к конструкции эталонной установкиApplication of a Physico-Mathematical Model of the Torque Measurement Process for Formulating Technical Requirements for the Design of a Reference Installationhttps://orcid.org/0009-0002-6564-0570ИванчураВ. А.IvanchuraV. A.

Иванчура Владимир Александрович –  заместитель руководителя научно- исследовательского отдела эталонов в областях измерений параметров движения, крутящего момента силы и гравиметрии

190005, г. Санкт- Петербург, пр. Московский, 19

Vladimir A. Ivanchura – Deputy Head of the Research Department of Standards in the Fields of Motion Parameter Measurements, Torque, and Gravimetry

19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005

ivanchura_vz@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0005-2291-7631СычевВ. В.SychevV. V.

Сычев Владимир Владимирович –  мл. науч. сотр. научно-исследовательский лаборатории государственных эталонов в области измерений массы и силы

190005, г. Санкт- Петербург, пр. Московский, 19

Vladimir V. Sychev – Junior Researcher of the Mass and Force Laboratory

19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005

v.v.sychev@vniim.ruhttps://orcid.org/0009-0006-5076-5126ШмигельскийИ. Ю.ShmigelskiyI. Yu.

Шмигельский Илья Юрьевич –  канд. техн. наук, руководитель научно- исследовательский лаборатории государственных эталонов в области измерений массы и силы

190005, г. Санкт- Петербург, пр. Московский, 19

Ilya Yu. Shmigelskiy –  Cand. Sci. (Eng.), Head of the Mass and Force Laboratory

19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005

i.y.shmigelskiy@vniim.ruФГУП «Всероссийский научно- исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева»РоссияD. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation2026081020262234150Copyright © Иванчура В.А., Сычев В.В., Шмигельский И.Ю., 20262026Иванчура В.А., Сычев В.В., Шмигельский И.Ю.Ivanchura V.A., Sychev V.V., Shmigelskiy I.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/641

Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) от 6 сентября 2024 года № 2152 «Об утверждении государственной поверочной схемы для средств измерений крутящего момента силы» регламентирует передачу единицы без использования эталонов, заимствованных из других поверочных схем, только в диапазоне до 20 кН · м. Однако современная эталонная база в Российской Федерации до настоящего времени не обеспечивала воспроизведение единицы крутящего момента силы в области значений, превышающих 20 кН · м.Со стороны науки и промышленности существует очевидный запрос на расширение возможностей обеспечения единства измерений в области больших значений единицы крутящего момента силы, что требует создания доказательной основы для установления требований к конструкции эталонной установки для воспроизведения единицы крутящего момента силы в области больших значений.Цель представленного в статье исследования –  обосновать профессиональному сообществу возможности применения физико- математической модели процесса измерений крутящего момента силы для формирования технических требований к конструкции эталонной установки.С помощью компьютерного моделирования проведен анализ влияния составляющих и определены предельные значения неопределенности их определения, обеспечивающих целевые показатели точности эталонной установки. Проведен анализ неопределенности воспроизведения крутящего момента силы эталонной установкой с использованием физико- математической модели процесса измерений статического крутящего момента силы.В результате проведено ранжирование составляющих неопределенности по степени влияния на результат измерений. Выявлены составляющие, требующие применения специальных технических решений. Определены технические требования к конструкции эталонной установки.Полученные результаты могут быть использованы при проектировании компонентов эталонной установки, а именно –  для определения требований к изготовлению деталей, выбору материалов и формированию уравнения измерений эталонной установки.

Order of the Federal Agency for Technical Regulation and Metrology (Rosstandart) № 2152 of September 6, 2024 «On approval of the State verification scheme for measuring instruments of torque» regulates the transfer of the unit without using standards borrowed from other verification schemes only in the range up to 20 kN · m. However, the current reference base in the Russian Federation has not yet ensured the reproduction of the unit of torque in the range exceeding 20 kN · m.There is a clear demand from science and industry to expand the capabilities of ensuring the uniformity of measurements in the field of large values of the unit of torque, which requires the creation of an evidence base for formulating requirements for the design of a reference installation for reproducing the unit of torque in the range of large values.The aim of the study presented in this article is to justify to the professional community the possibilities of applying a physico-mathematical model of the torque measurement process for formulating technical requirements for the design of a reference installation.Using computer modelling, an analysis of the influence of the components was carried out, and the limiting values of the uncertainty of their determination ensuring the target accuracy indicators of the reference installation were established. An uncertainty analysis of torque reproduction by the reference installation was performed using a physico-mathematical model of the static torque measurement process.As a result, the uncertainty components were ranked according to their degree of influence on the measurement result. Components requiring the application of special technical solutions were identified. Technical requirements for the design of the reference installation were determined.The obtained results can be used in the design of components of the reference installation, namely, for determining the requirements for the manufacture of parts, the selection of materials, and the formulation of the measurement equation of the reference installation.

рабочий эталонкрутящий момент силыфизико- математическая модельпроцесс измеренийматематическое моделированиенеопределенность измеренийworking standardtorquephysico-mathematical modelmeasurement processmathematical modellingmeasurement uncertaintyАвторы выражают признательность руководителю отделения механических измерений ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» Сергею Викторовичу Медведевских за неоценимую помощь в подготовке теоретической основы исследований и критические замечания в отношении финальной версии рукописи.The authors express their gratitude to the Head of the Department of Mechanical Measurements of D. I. Mendeleyev Institute for Metrology, Sergey V. Medvedevskikh, for invaluable assistance in preparing the theoretical foundation of the research and for critical comments on the final version of the manuscript.References200 kN⋅m torque standard machine / T. Li [et al.] // IET Conference Proceedings. 2022. Vol. 2022, № 18. P. 390–394. https://doi.org/10.1049/icp.2022.3255Li T, Wu H, Zhao D, Lin J. 200 kN⋅m torque standard machine. IET Conference Proceedings. 2022;2022(18):390–394. https://doi.org/10.1049/icp.2022.3255Design technology and evaluation of high precision and large torque standard machine / L. Tao [et al.] // Measurement: Sensors. 2025. Vol. 38. P. 101386. https://doi.org/10.1016/j.measen.2024.101386Tao L, Shanjian L, Dingding Z, Xianglong M, Honglei J, Jinquan N et al. Design technology and evaluation of high precision and large torque standard machine. Measurement: Sensors. 2025;38:101386. https://doi.org/10.1016/j.measen.2024.101386Study on reference torque wrench tested by deadweight torque standard machine / H. Cheng [et al.] // IMEKO 24th TC3, 14th TC5, 6th TC16 and 5th TC22 International Conference, Cavtat-Dubrovnik, 11–13 October 2022 / IMEKO. Cavtat-Dubrovnik : IMEKO, 2022. https://www.imeko.org/publications/tc3-2022/IMEKO-TC3-2022-060.pdfCheng H, Yao JZ, Wen WB, Ma BH, Huang WJ. Study on reference torque wrench tested by deadweight torque standard machine. In: IMEKO 24th TC3, 14th TC5, 6th TC16 and 5th TC22 International Conference, 11–13 October 2022, Cavtat‑Dubrovnik, Croatia. Cavtat-Dubrovnik: IMEKO; 2022. https://www.imeko.org/publications/tc3-2022/IMEKO-TC3-2022-060.pdfKhaled K. M., Abdulhakim M. Design and evaluation of a 100 kN⋅m multi-function torque standard machine // MAPAN-Journal of Metrology Society of India. 2024. Vol. 39, № 2. P. 243–252. https://doi.org/10.1007/s12647-023-00675-5Khaled KM, Abdulhakim M. Design and evaluation of a 100 kN⋅m multi-function torque standard machine. MAPAN-Journal of Metrology Society of India. 2024;39(2):243–252. https://doi.org/10.1007/s12647-023-00675-5Applicability of torque calibration on test benches for electrical machines / Z. Song [et al.] // IMEKO 24th TC3, 14th TC5, 6th TC16 and 5th TC22 International Conference, Cavtat-Dubrovnik, 11–13 October 2022 / IMEKO. Cavtat-Dubrovnik : IMEKO, 2022. https://doi.org/10.21014/tc3-2022.068.Song Z, Weidinger P, Yogal N, Oliveira RS, Lehrmann C, Kumme R. Applicability of torque calibration on test benches for electrical machines. In: IMEKO 24th TC3, 14th TC5, 6th TC16 and 5th TC22 International Conference, 11–13 October 2022, Cavtat‑Dubrovnik, Croatia. Cavtat-Dubrovnik: IMEKO; 2022. https://doi.org/10.21014/tc3-2022.068.A multifunctional reference torque standard machine / W. Yi [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. 2023. Conf. Ser. 2724 012048. P. 012048. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2724/1/012048Yi W, Qiu D, Liu Yi, Yuan G, Dai H, Li S. A multifunctional reference torque standard machine. Journal of Physics: Conference Series. 2023;2724:012048. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2724/1/012048Kim M. Design of a new dual-mode torque standard machine using the principle of the kibble balance // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2021. Vol. 70. P. 1005207. https://doi.org/10.1109/TIM.2021.3060574Kim M. Design of a new dual-mode torque standard machine using the principle of the kibble balance. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2021;70:1005207. https://doi.org/10.1109/TIM.2021.3060574Иванчура В. А., Медведевских С. В., Сулаберидзе В. Ш. Физикоматематическая модель процесса измерений крутящего момента силы // Измерительная техника. 2025. Т. 74, № 6. С. 42–47. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2025-6-42-47Ivanchura VA, Medvedevskikh SV, Sulaberidze VS. Physical and mathematical model of the process of measuring torque force. Izmeritel`naya Tekhnika. 2025;74(6):42–47. (In Russ.). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2025-6-42-47

The authors declare that there are no conflicts of interest present.