[发明专利]微力测量装置

说明书

技术领域

本发明属于微小力值标定与计量测试技术领域，具体涉及一种微力测量装置。

背景技术

力值是力学计量领域的基础量值之一，力值测量广泛的应用于国民生活的各个领域。近年来，随着微纳米机电系统和微纳米计量的不断发展，在科研和日常生活中进行了大量微小力值的测量，如口腔医学中的牙齿正畸、纳米硬度、MEMS中的力学研究等。所有的测量器具都必须通过计量检定或校准，以保证其测量数据的准确可靠，力值测量器具也不例外。但我国现有的力值量传系统（JJG2045-1990《力值（≤1MN）计量检定系统》）对于10N以下的力值尚未建立量传系统。对于微小力值测量器具的检定与校准，除了溯源至质量砝码外尚无其他方法。由于目前最小的标准砝码为1mg（10^-5N），因此研制一种使用方便的可溯源的微力测量装置以提供10^-5N以下的基本力值标准是十分有意义的。力值可以通过物理方法复现并且利用国际单位制中的基本物理量导出。受限于最小标准砝码的制造，采用物理复现方法比较困难，力值的电学复现方法可以采用静电力且度量方法较容易实行。

公开号为CN101319980的中国专利公开了一项发明名称为微牛/纳牛及超微力值测量装置及力值溯源方法的技术方案，该装置包括杠杆，杠杆的一端为承载盘，另一端悬挂有弹簧，弹簧的另一端固定有内电极，所述内电极的上部设置有限制其沿z轴以外的运动自由度的机构，下部为圆筒形，在所述内电极下部外面套有外电极，所述外电极与所述内电极的下部圆筒形的外径，在所述外电极的另一端设置有用于测量内电极位移量的激光干涉仪，并采用隧道电流法确定平衡位置，该装置采用激光测位移和扫描隧道仪，重视精度和定位，导致结构复杂、成本高昂；杠杆结构过于简单导致力的作用线不易固定。

发明内容

本发明的目的在于提出一种微力测量装置，解决现有技术存在的结构复杂、力的作用线不易固定和成本高昂的问题。

为实现上述目的，本发明的微力测量装置包括不等臂天平、力值复现装置、微位移测量装置、计算机控制系统；

所述不等臂天平的长臂端部设置有托盘，短臂端部设置有边刀结构，所述边刀结构通过力值复现装置与微位移测量装置连接；

所述力值复现装置包括内电极、外电极、绝缘套、橡胶垫圈、直线轴承、钢套和轴承座；所述内电极上端通过边刀结构的反向连接片与所述边刀结构的边刀刀承连接，所述内电极上端盖下表面设置有螺纹孔，所述外电极为与内电极同轴的圆筒形，所述外电极外表面套有所述绝缘套，所述绝缘套上表面开有引出电线的两个通孔，所述外电极下端面设置有橡胶垫圈，所述绝缘套外表面套有钢套，所述钢套下端与所述轴承座固定连接，所述轴承座内部套有直线轴承；

所述微位移测量装置的数显千分尺的输出端通过连接套与所述绝缘杆连接，所述绝缘杆与所述力值复现装置的内电极上端盖的螺纹孔连接，所述轴承座通过支柱与所述不等臂天平的底座连接，计算机控制系统实现对信号的采集、控制和处理。

所述装置还包括测量电路，所述力值复现装置的内电极和外电极接入所述测量电路。

所述不等臂天平还包括天平横梁、天平调平机构、指针、立柱、立柱平台、底座、天平限位、宝石刀口、宝石刀承、调整支架和水准泡；所述宝石刀口套在所述天平横梁上，所述宝石刀承固定在所述立柱平台上，二者构成配合，所述立柱平台通过立柱与所述底座固定连接，所述底座下方设置有四个调整支架，所述立柱上设置有水平的辅助杆，所述辅助杆上设置有水准泡和指示牌，所述指示牌和与宝石刀口连接的指针配合调平，所述宝石刀口位于所述两个天平限位中间二分之一处；所述天平调平机构包括调平螺母、螺杆和螺杆固定端，所述螺杆通过两端的螺杆固定端固定在所述天平横梁上，靠近短臂一端较长，通过移动螺杆上的调平螺母调节天平的平衡。

所述托盘为顶针支承、两根细铁针和圆盘构成的整体，所述圆盘和所述顶针支承之间通过细铁针点焊连接起来，顶针和顶针支承构成配合，顶针的磨光柱形导杆按滑合插入天平横梁来实现固定。

所述边刀结构包括边刀刀承、边刀刀口、边刀调平螺钉、边刀盒、反向连接片、回转关轴节和边刀杆；所述边刀刀口镶嵌在所述边刀盒上，所述边刀盒套在所述天平横梁短臂端部并可以相对移动，所述边刀刀口与所述边刀刀承接触配合所述边刀刀承两端连接有反向连接片，所述两个反向连接片通过回转关轴节与边刀杆连接，所述边刀调平螺钉包括三个长螺钉和六个短螺钉，所述三个长螺钉分别旋在前表面、后表面和下表面的对称线上，并顶在所述天平横梁上，所述六个短螺钉分别位于三个长螺钉在边刀盒相应表面上的对称线的两侧并对称分布。