[实用新型]微小构件摩擦力测试装置

说明书

技术领域

本实用新型属于两种介质间的摩擦力测量技术领域，涉及到微机械系统，具体涉及一种微小构件摩擦力测试装置。

背景技术

近年来,机械产品及零部件的微小型化已经发展成为一种全球化趋势，相对于传统机械而言,微机械中的摩擦磨损问题及其机理成为科研的热点之一。微摩擦磨损的存在影响微系统中构件的运动平稳性,损耗系统工作能量,甚至影响整体微机械结构的性能和寿命。一方面,微机械不能从外部连续获得较大能量,而微构件间的摩擦阻力不仅影响其运动平稳性,还会损耗大量能量,因此在微机械设计中要尽量减小摩擦力,降低摩擦损耗,甚至实现零摩擦；另一方面,在一些特殊功能的微机械系统构件中,反而利用摩擦力作为牵引力或驱动力,此时则要求摩擦力具有稳定的数值而且可以在线调整与实时控制。因此需要研究微观摩擦、磨损的机理及摩擦力的主动控制问题，测试两种不同介质之间的摩擦力的系统装置具有十分重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种微小构件摩擦力测试装置，测试装置能够同时测量微小正压力和切向摩擦力，便于研究正压力和摩擦力的变化关系，分析摩擦系数。

本实用新型的技术方案是：一种微小构件摩擦力测试装置，包括法向载荷加载装置，水平工作台、传感器和传感系统信号处理器，传感器组成阵列均匀布置在水平工作台上，法向载荷加载装置向水平工作台上的被测样品施加法向作用力，水平工作台作直线运动，传感器采集法向作用力和水平摩擦力信号并传送给传感系统信号处理器，所述传感器包括X方向电容单元组和Y方向电容单元组，所述X方向电容单元组和Y方向电容单元组均包括电容单元模块，所述电容单元模块是由两个以上的条状电容单元组成的梳齿状结构，每个条状电容单元包括上极板的驱动电极和下极板的感应电极，所述电容单元模块包括由两个以上宽度a₀长度b₀的条状电容单元组成的第一条状电容单元组和两个以上宽度ka₀长度b₀的条状电容单元组成的第二条状电容单元组。

微小构件摩擦力测试装置的传感器阵列上设置了一层柔性薄膜，柔性薄膜与水平工作台固定。所述每个条状电容单元的驱动电极和感应电极宽度相同，驱动电极的长度大于感应电极长度，驱动电极长度两端分别预留左差位δ_左和右差位δ_右，b_0驱＝b_0感+δ_右+δ_左，其中，b_0驱为条状电容单元的驱动电极长度，b_0感为条状电容单元的感应电极长度。所述差位δ_左＝δ_右，且其中d₀为条状电容单元介质厚度，G为弹性介质的抗剪模量，τ_max为最大应力值。所述梳齿状结构包括20个以上条状电容单元、与条状电容单元一一对应连接的引线，相邻两条状电容单元之间设有电极间距a_δ。所述平行板面积S＝M(a₀+2a_δ+ka₀)b₀/2，其中，M为条状电容单元数量，b₀为条状电容单元的长度，a₀条状电容单元的宽度。所述第一条状电容单元组和第二条状电容单元组的条状电容单元引线通过并联或者独立连接到传感系统信号处理器。所述条状电容单元的宽度其中，d₀为介质厚度，E为弹性介质的杨氏模量，G为弹性介质的抗剪模量。所述第一条状电容单元组和第二条状电容单元组与传感系统信号处理器之间分别设有中间变换器，中间变换器用于设置电压对电容或频率对电容的传输系数。所述传感系统信号处理器包括多路信号高速切换电路、A/D变换电路和控制电路，所述高速切换电路包括三级切换电路，前一级切换电路的输出为下一级切换电路的输入信号，最后一级切换电路经A/D变换电路送入控制电路。

本实用新型有如下积极效果：本实用新型的微小构件摩擦力测试装置，可以准确获取两种不同介质之间的摩擦力，满足微机械涉及过程中，对零构件零摩擦或者具有稳定数值的摩擦力的要求，对研究微观摩擦、磨损的机理及摩擦力的主动控制问题具有重要意义。另外，本实用新型的电容压力传感器有效使用平板面积，并且通过驱动电极两端预留等方式有效解决三维力间耦合，并利用特殊的条状电容结构，使法向与切向转换都达到较高的线性、精度与灵敏度。

附图说明

图1是本实用新型的具体实施方式的条状电容单元及其坐标系。