在升降臺4上，樣品臺5通過伺服電機10驅(qū)動滾珠絲桿7來實現(xiàn)其水平位移，通過升 降臺4上的微調(diào)旋鈕3來實現(xiàn)法向載荷的加載和垂直方向的位移，彈性元件12和萬向柔性 較鏈16分別用膠粘劑和十字頭螺釘固定在支撐板1上，彈性元件12靠近支撐板1的位置 正反兩面分別粘貼有兩片電阻應變片11，電阻應變片11通過引線組成惠斯通電橋，萬向柔 性較鏈16另一端通過膠粘劑與拆卸式連接塊14的一個側面固定，拆卸式連接塊14上表面 和下表面分別開有圓孔用來夾緊一圓柱塊13和微型鉆夾頭22,圓柱塊13作為法向載荷施 力部件，作用于彈性元件12的下表面，微型鉆夾頭22用于夾緊摩擦觸頭21，連接件19 一端 通過螺釘固定在拆卸式連接塊14上，另一端與動極板18粘接在一起，兩塊定極板17粘接 在支撐桿15上，支撐桿15焊接在升降臺4上，動極板18的位置在兩塊定極板17中間，固 定板20通過螺釘連接把摩擦試件23固定在樣品臺5上。
[0013] 所述彈性元件12采用邸式彈性元件。
[0014] 實施例3 ;-種微摩擦測量裝置，本發(fā)明的結構原理如圖1所示，通過調(diào)節(jié)升降臺4 上的微調(diào)旋鈕3來實現(xiàn)垂直方向位移調(diào)整和正向載荷的加載。樣品臺5與精密滾珠絲桿7 的螺母通過螺栓連接固定在一起，精密滾珠絲桿7通過彈性聯(lián)軸器9和伺服電機10相連， 把伺服電機10的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為樣品臺在直線導軌6上的水平運動，直線導軌6用螺釘連 接固定在升降臺4上。測量法向載荷的傳感器結構主要包括彈性元件12和兩對電阻應變 片11，它們與支撐板1相連組成息臂式結構。測量水平方向的摩擦力傳感器結構主要包括 固定在拆卸式連接塊14上的連接件19, 一塊動極板18和兩塊定極板17,萬向柔性較鏈16 一端連接拆卸式連接塊14另一端固定在支撐板1上。摩擦試件23用固定板20通過螺釘 固定在樣品臺上。
[0015] 本發(fā)明的測力部分如圖4所示，拆卸式連接塊14由兩部分組成通過螺栓連接在一 起，上表面與下表面分別開有與圓柱塊13和微型鉆夾頭22的外套等直徑的圓孔用來夾緊 圓柱塊13和微型鉆夾頭22。安裝在拆卸式連接塊14上表面圓柱塊14作為彈性元件15的 施力部件。安裝在拆卸式連接塊14下表面的微型鉆夾頭22通過配套鑰匙與外套的配合， 帶動外套旋轉(zhuǎn)，外套帶動螺母旋轉(zhuǎn)，通過螺母與夾爪外側的螺紋配合帶動夾爪在鉆體內(nèi)運 動，達到夾爪對摩擦觸頭21的夾緊和放松。彈性元件12 -端粘接在支撐板1上。在靠近 支撐板1位置正反兩面各粘貼兩片電阻應變片19通過引線連接成惠斯通電橋電路。萬向 柔性較鏈17 -端與拆卸式連接塊14 一側面粘接在一起，另一端通過螺釘固定在支撐板1 上。連接件19通過螺釘固定在拆卸式連接塊14上與動極板18粘接在一起。兩塊定極板 17粘接在支撐桿15上，支撐桿15焊接在精密升降臺4上，動極板18的位置在兩塊定極板 17中間。H塊極板通過引線連入RC震蕩電路作為電路的可變電容部分。
[0016] 下面給出本發(fā)明測力部分的工作原理。
[0017] 樣品臺5置于升降臺4上同它一起在垂直方向運動，通過調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕3使摩擦 試件23與正上方的摩擦觸頭21相接觸，繼續(xù)調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕3使摩擦試件23擠壓摩擦觸頭 21，圓柱塊13就會對彈性元件12有一個向上的正載荷，彈性元件12就會發(fā)生彈性形變，粘 貼在它之上的4片電阻應變片11也會發(fā)生變形，從而電阻值發(fā)生改變，力所產(chǎn)生的應變轉(zhuǎn) 換成了電信號，該個信號通過應變儀的處理后，被A/D卡所采集下來，然后輸入到計算機中 進行加工處理，可W得出應變的大小，最終通過標定還原成載荷的值?？刂扑欧姍C10,使 樣品臺5在直線導軌6上做直線運動。摩擦試件23和摩擦觸頭21之間發(fā)生相對運動產(chǎn)生 水平方向的摩擦力，拆卸式連接塊14受到反向的摩擦力發(fā)生水平方向的微小位移。與之相 連的動極板18與定極板17之間的極距發(fā)生變化從而引起電容值的變化。動極板18和兩 塊定極板17作為RC振蕩電路的一部分，該樣震蕩電路的震蕩頻率就會改變。利用高速計 數(shù)器解調(diào)頻率信號計算出信號變化的頻率值，由于頻率與RC震蕩電路的時間常數(shù)呈反比 關系，如式所示式中f為測得的信號變化頻率值；R為振蕩電路電阻值；C為壓 力傳感器的電容值；K為時間比例系數(shù)。信號頻率f可求出，R為已知條件，比例系數(shù)K可W 通過反復實驗確定，該樣就能夠求出壓力傳感器當前的電容值，就可W通過標定計算出動 極板18當前的所受力的大小，從而求出摩擦力的大小。由于萬向柔性較鏈16能同時在垂 直方向和水平方向發(fā)生彎曲變形該樣可W消除摩擦力和法向載荷之間的禪合。
[0018] 上面結合附圖對本發(fā)明的具體實施例作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實 施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可W在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下 作出各種變化。
【主權項】
1. 一種微摩擦測量裝置，其特征在于：包括支撐板（1)、基座（2)、微調(diào)旋鈕（3)、升降臺 (4)、樣品臺（5)、直線導軌（6)、滾珠絲桿（7)、軸承座（8)、彈性聯(lián)軸器（9)、伺服電機（10)、 電阻應變片（11)、彈性元件（12)、圓柱塊（13)、拆卸式連接塊（14)、支撐桿（15)、萬向柔性 鉸鏈（16)、定極板（17)、動極板（18)、連接件（19)、固定板（20)、摩擦觸頭（21)、微型鉆夾 頭（22);所述支撐板（1)通過螺栓連接固定在基座（2)上，樣品臺（5)與滾珠絲桿（7)的螺 母固定在一起在直線導軌（6)上運動，直線導軌（6)用螺釘連接固定在升降臺（4)上，樣品 臺（5)通過伺服電機（10)驅(qū)動滾珠絲桿（7)來實現(xiàn)其水平位移，通過升降臺（4)上的微調(diào) 旋鈕（3)來實現(xiàn)法向載荷的加載和垂直方向的位移，彈性元件（12)和萬向柔性鉸鏈（16)分 別用膠粘劑和十字頭螺釘固定在支撐板（1)上，彈性元件（12)靠近支撐板（1)的位置正反 兩面分別粘貼有兩片電阻應變片（11)，電阻應變片（11)通過引線組成惠斯通電橋，萬向柔 性鉸鏈（16)另一端通過膠粘劑與拆卸式連接塊（14)的一個側面固定，拆卸式連接塊（14) 上表面和下表面分別開有圓孔用來夾緊一圓柱塊（13)和微型鉆夾頭（22)，圓柱塊（13)作 為法向載荷施力部件，作用于彈性元件（12)的下表面，微型鉆夾頭（22)用于夾緊摩擦觸頭 (21)，連接件（19) 一端通過螺釘固定在拆卸式連接塊（14)上，另一端與動極板（18)粘接 在一起，兩塊定極板（17)粘接在支撐桿（15)上，支撐桿（15)焊接在升降臺（4)上，動極板 (18)的位置在兩塊定極板（17)中間，固定板（20)通過螺釘連接把摩擦試件（23)固定在樣 品臺（5)上。
2. 根據(jù)權利要求1所述的微摩擦測量裝置，其特征在于：所述彈性元件（12)采用臥式 彈性元件。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微摩擦測量裝置，屬微小力測量技術領域。通過調(diào)節(jié)升降臺上的微調(diào)旋鈕實現(xiàn)法向載荷的加載。電阻應變片粘貼在彈性元件正反兩面，通過引線組成惠斯通電橋來間接測量法向載荷。兩塊定極板和一塊動極板組成差動電容式傳感器，兩塊定極板通過支撐桿固定于升降臺上，動極板通過連接件與可拆卸式連接塊相連，當伺服電機工作驅(qū)動滾珠絲桿使樣品臺作直線運動時，連接塊受到摩擦力會有一個水平方向微小位移，極板之間的極距將會發(fā)生變化，從而電容傳感器電容值發(fā)生變化，實現(xiàn)對摩擦力的測量。本發(fā)明結構簡單，無需采用高精度的位移平臺即可實現(xiàn)力的加載，提高測量的靈敏度，線性誤差大大減小，對微摩擦力等微小力的測量有良好效果。
【IPC分類】G01N19-02, G01B7-34
【公開號】CN104568740
【申請?zhí)枴緾N201410833474
【發(fā)明人】楊曉京, 李堯
【申請人】昆明理工大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月29日