[實用新型]微小構件摩擦力測試裝置

有效

• 申請號: 201520564686.7
• 申請日: 2015-07-28
• 公開（公告）號: CN204944711U
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 柏受軍;楊元園;劉強;吉鵬;趙子剛
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 馬榮

技術領域

本實用新型屬于兩種介質間的摩擦力測量技術領域，涉及到微機械系統，具體涉及一種微小構件摩擦力測試裝置。

背景技術

近年來,機械產品及零部件的微小型化已經發展成為一種全球化趨勢，相對于傳統機械而言,微機械中的摩擦磨損問題及其機理成為科研的熱點之一。微摩擦磨損的存在影響微系統中構件的運動平穩性,損耗系統工作能量,甚至影響整體微機械結構的性能和壽命。一方面,微機械不能從外部連續獲得較大能量,而微構件間的摩擦阻力不僅影響其運動平穩性,還會損耗大量能量,因此在微機械設計中要盡量減小摩擦力,降低摩擦損耗,甚至實現零摩擦；另一方面,在一些特殊功能的微機械系統構件中,反而利用摩擦力作為牽引力或驅動力,此時則要求摩擦力具有穩定的數值而且可以在線調整與實時控制。因此需要研究微觀摩擦、磨損的機理及摩擦力的主動控制問題，測試兩種不同介質之間的摩擦力的系統裝置具有十分重要的意義。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本實用新型提供一種微小構件摩擦力測試裝置，測試裝置能夠同時測量微小正壓力和切向摩擦力，便于研究正壓力和摩擦力的變化關系，分析摩擦系數。

本實用新型的技術方案是：一種微小構件摩擦力測試裝置，包括法向載荷加載裝置，水平工作臺、傳感器和傳感系統信號處理器，傳感器組成陣列均勻布置在水平工作臺上，法向載荷加載裝置向水平工作臺上的被測樣品施加法向作用力，水平工作臺作直線運動，傳感器采集法向作用力和水平摩擦力信號并傳送給傳感系統信號處理器，所述傳感器包括X方向電容單元組和Y方向電容單元組，所述X方向電容單元組和Y方向電容單元組均包括電容單元模塊，所述電容單元模塊是由兩個以上的條狀電容單元組成的梳齒狀結構，每個條狀電容單元包括上極板的驅動電極和下極板的感應電極，所述電容單元模塊包括由兩個以上寬度a₀長度b₀的條狀電容單元組成的第一條狀電容單元組和兩個以上寬度ka₀長度b₀的條狀電容單元組成的第二條狀電容單元組。

微小構件摩擦力測試裝置的傳感器陣列上設置了一層柔性薄膜，柔性薄膜與水平工作臺固定。所述每個條狀電容單元的驅動電極和感應電極寬度相同，驅動電極的長度大于感應電極長度，驅動電極長度兩端分別預留左差位δ_左和右差位δ_右，b_0驅＝b_0感+δ_右+δ_左，其中，b_0驅為條狀電容單元的驅動電極長度，b_0感為條狀電容單元的感應電極長度。所述差位δ_左＝δ_右，且其中d₀為條狀電容單元介質厚度，G為彈性介質的抗剪模量，τ_max為最大應力值。所述梳齒狀結構包括20個以上條狀電容單元、與條狀電容單元一一對應連接的引線，相鄰兩條狀電容單元之間設有電極間距a_δ。所述平行板面積S＝M(a₀+2a_δ+ka₀)b₀/2，其中，M為條狀電容單元數量，b₀為條狀電容單元的長度，a₀條狀電容單元的寬度。所述第一條狀電容單元組和第二條狀電容單元組的條狀電容單元引線通過并聯或者獨立連接到傳感系統信號處理器。所述條狀電容單元的寬度其中，d₀為介質厚度，E為彈性介質的楊氏模量，G為彈性介質的抗剪模量。所述第一條狀電容單元組和第二條狀電容單元組與傳感系統信號處理器之間分別設有中間變換器，中間變換器用于設置電壓對電容或頻率對電容的傳輸系數。所述傳感系統信號處理器包括多路信號高速切換電路、A/D變換電路和控制電路，所述高速切換電路包括三級切換電路，前一級切換電路的輸出為下一級切換電路的輸入信號，最后一級切換電路經A/D變換電路送入控制電路。

本實用新型有如下積極效果：本實用新型的微小構件摩擦力測試裝置，可以準確獲取兩種不同介質之間的摩擦力，滿足微機械涉及過程中，對零構件零摩擦或者具有穩定數值的摩擦力的要求，對研究微觀摩擦、磨損的機理及摩擦力的主動控制問題具有重要意義。另外，本實用新型的電容壓力傳感器有效使用平板面積，并且通過驅動電極兩端預留等方式有效解決三維力間耦合，并利用特殊的條狀電容結構，使法向與切向轉換都達到較高的線性、精度與靈敏度。

附圖說明

圖1是本實用新型的具體實施方式的條狀電容單元及其坐標系。