阅读说明：本技术 一种微小力测试装置 (Micro-force testing device ) 是由 张军 于 2019-11-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种微小力测试装置,其特征在于：包括了具有一腔体的缸套、盛放于腔体内的液体、漂浮于液体上的柱塞,以及倾斜设置在筒体外周壁上、且与筒体连通的透明的测量管,所述缸套的腔体的内径为第一内径D,所述测量管的内径为第二内径d,其中,第二内径d远小于第一内径D,以提供一种结构简单、测试方便的微小力测试装置。(The invention relates to a micro-force testing device, which is characterized in that: the cylinder sleeve with the cavity, the liquid contained in the cavity, the plunger floating on the liquid and the transparent measuring tube obliquely arranged on the peripheral wall of the cylinder body and communicated with the cylinder body are included, the inner diameter of the cavity of the cylinder sleeve is a first inner diameter D, the inner diameter of the measuring tube is a second inner diameter D, wherein the second inner diameter D is far smaller than the first inner diameter D, and the small force testing device with the simple structure and the convenience in testing is provided.)

一种微小力测试装置

技术领域

本发明涉及力值测试领域，具体是涉及一种微小力测试装置。

背景技术

工业工程中的很多场合均涉及到微小力值的测试，尤其是微机构装配、薄膜及纤维力学性能测试等许多方面都涉及到1N以下的微小力值的测试。目前对于力值的测试方法有机械杠杆法、弹簧拉伸或压缩法、电容力传感器、光学方法等等。这些方法有的结构复杂、容易损坏，有的测试精度不高，有的制作精度要求高、制造成本高，有的不能测试微小力值(如数牛顿或1牛顿以下的力值)等等。为此，本发明提出一种能够测试微小力值的测试装置。

发明内容

本发明旨在提供一种结构简单、测试方便的微小力测试装置。

具体方案如下：

一种微小力测试装置，包括了具有一腔体的缸套、盛放于腔体内的液体、漂浮于液体上的柱塞，以及倾斜设置在缸套外周壁上、且与缸套连通的透明的测量管，所述缸套的腔体的内径为第一内径D，所述测量管的内径为第二内径d，其中，第二内径d远小于第一内径D。

进一步的，所述第二内径d和第一内径D符合关系式：d：D≤1：100。

进一步的，所述腔体为圆柱形的腔体，所述柱塞为圆柱形的柱体。

进一步的，所述缸套放置于水面上，所述测量管与水平面之间的夹角为α，其中，5°≤α≤30°。

进一步的，所述测量管的管壁上具有沿其长度方向延伸设置的标尺。

进一步的，还包括一基座，该基座上具有竖直设置的盲孔，所述缸套的下部间隙配合的***至该盲孔中固定。

进一步的，所述基座上还具有水平调节功能的支撑脚。

本发明提供的微小力测试装置与现有技术相比较具有以下优点：本发明提供的微小力测试装置由于测量管的内径远小于缸套的内径，因此柱塞在微小力F的作用下只要有很小的下移，其引起的液位变化在测量管内都会有极大的变动，而容易被测得，因此，该微小力测试装置能够测试极小的力值，而且结构简单，易于实施且便于操作。

附图说明

图1示出了微小力测试装置的示意图。

图2示出了微小力测试装置在微小力作用前的状态图。

图3示出了微小力测试装置在微小力作用后的状态图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示的，本实施例提供了一种微小力测试装置，包括了具有第一内径D的缸套10、盛放于缸套10内的液体20、漂浮于液体上的柱塞30，以及倾斜设置在缸套外周壁上、且与缸套10连通的测量管40，该测量管40具有第二内径d，其中，第二内径d远小于第一内径D，具体优选的，d：D≤1：100。

缸套10竖直设置，其内盛放的液体20可以为水等非挥发性液体，液体20的选择取决于被测力的量级，本实例中以该液体20为水为例来进行说明。液体内还可以加入颜料，以便观察观察。

柱塞30的整体密度比液体20的密度小，使其可以漂浮于液体20上，其可以由密度小于液体密度的材料制成实心体或密度大于液体密度的材料制成的空心体。本实施例中以尼龙制成的实心体为例来进行说明。本实施例中的柱塞30***在缸套10内的水中，由于浮力作用，柱塞30下部浸没在水中，上部分暴露在水面以上。

本实施例中的测量管40为透明的细管，测量管40的外管壁上具有标尺41，以便测量出测量管40内液面的位移。

本实施例提供的微小力值测试装置原理如图2和图3所示(为简单起见，图2和图3中忽略了测量管40上的标尺41)。

其中，图2为微小力作用前状态。在此状态下，缸套10中的柱塞30飘浮于液体20上，该柱塞30的重力Fg与浮力Fb相平衡，此时，缸套10及测量管40内的液面高度为H₀。

当柱塞30上端受到一个微小力F时，状态如图3所示。此时，柱塞30被微小力F作用而下沉，使得缸套10及测量管40中的液位上升一段至高度H₁。柱塞30在微小力F的作用下，重力Fg与浮力Fb'建立新的平衡。

根据力平衡方程可知，微小力F等于缸套及倾斜透明管中上升水体的重量。为了便于计算，本实实例中的缸套10和柱塞30均为圆柱体形状。因此力平衡方程：

式中：D为缸套10的内径，D₁为柱塞30的直径，d为测量管40的内径，ΔH为缸套10及测量管40内液面上升高度，即ΔH＝H₁-H₀，l为测量管40内水面沿管长方向的位移，ρ为缸套内水的密度，g为重力加速度。

假定测量管40与水平方向夹角为α，则ΔH＝lsinα，代入公式(1)，可得：

式中l为测量管40内水面沿管长方向的位移，为被测量，可由测量管40的标尺测得，因此作用在柱塞上的力便可由公式(2)获得。

假定D为0.01m，D₁＝0.008m，d＝0.003mm，ρ＝1000kg/m³，g＝9.8m²/s，α＝30℃，当l为1mm的读数时，由上述公式(2)可算得F为6.927*10^-5N。

由于测量管40的内径远小于缸套10的内径，因此柱塞30在微小力F的作用下只要有很小的下移，而其引起的液位变化在测量管40内都会有极大的变动，容易被测得，因此，本实施例提供的微小力测试装置能够测试极小的力值，而且结构简单，易于实施且便于操作。

在本实施例中，测量管40与水平方向夹角α的大小可根据被测力的量级而定，其中优选夹角α介于5°～30°之间。

在本实施例中，优选还包括一基座50，该基座50具有竖直设置的盲孔(图中未示出)，缸套10间隙配合的***在盲孔中固定。更优选的，该基座50还具有水平调节功能的支撑脚(图中未示出)，以确保缸套10处于水平状态。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。