CN111089835A - 一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，包括测试平台固定底板，测试平台平移组件，液滴注射单元安装架和竖直微动平台固定板，黏附力测试平台组件，液滴注射机构以及黏附力测试机构；测试平台平移组件是由手动调节指纹把手驱动黏附力测试平台组件在水平方向移动；黏附力测试机构在竖直方向的移动是由微动调节把手驱动。本发明专门用于测试高黏附超疏水材料与液滴间的黏附力，具有微牛级测试精度、量程小、测试样本固定平台专业、测试过程稳定、无步进电机振动干扰、测试结果准确等优点，能够解决现有黏附力测试系统因步进电机振动而导致的测试结果准确度低、重复性差等问题。

Description

一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试 系统

技术领域

本发明属于力学测试技术，尤其涉及一种用于表征高黏附超疏水表面与液滴间黏附力的微牛级精度、量程小、测试样本固定平台专业、运行过程平稳、无步进电机振动干扰、测试结果精确的测试系统及使用方法，能够解决现有黏附力测试系统因步进电机振动而导致的测试结果准确度低、重复性差等问题。

背景技术

液滴浸润性是固体表面的重要特征，受荷叶、水黾腿部、蝴蝶翅膀等动植物体表特殊浸润特性的启发，学者相继开展研究并仿生研制出具有特殊浸润特性的超疏水材料。这些超疏水材料在诸多工程领域和人们的日常生活领域有着极其重要的应用，如自清洁涂层、防雾玻璃、金属防腐蚀、船舰减阻等。与低黏附超疏水表面相比，一些动植物体表（花生叶片）表现出超疏水的同时，还对水滴呈现较高的黏附力，翻转任何角度，水滴在这种表面上都不会滚落。高黏附超疏水表面在许多领域具有重要的应用价值，例如可作为“机械手”用于微液滴的无损输运。对于具有高黏附超疏水材料的仿生研制，需要量化表征仿生原型、制备样件的黏附特性，即需要进行黏附力测试。这类黏附力的精度处于微牛级，甚至是亚微牛级，要求测试系统不仅具备高精度，还应具有极高的测试过程稳定性、较高测试平台水平度，因此需要较高的专业性与针对性。目前对于黏附特性的量化表征，多采用高敏感性的微电力学天平来进行，设备成本极高，在测量过程中由于电机的振动使黏附力的测量产生极大的偏差。因此，需要研制一种高精度并且稳定的黏附力测试系统，专门测试超疏水表面与液滴间的黏附力，用于量化表征高黏附超疏水材料的黏附特性。

中国发明专利CN102252960A公开了一种测量物体间粘附力的装置及测试方法，包括待测样品安装固定装置、平衡块安装固定装置、旋转测速装置和视频处理模块，待测样品间的粘附力等于其在高速转动离心力的作用下分离时的离心力，通过高速摄像机可以观测到待测样品在离心力的作用下摆脱粘附力进行分离的动态过程。由于在离心旋转过程中振动的影响，该专利比较适合较大量程、低精度黏附力的测量，对于超疏水材料与液滴间的微牛级、亚微牛级黏附力，该系统不能满足精度要求；而且随待测样品安装固定装置高速旋转的液滴会改变形貌，导致其与超疏水材料间黏附特性测试准确性较差。中国发明专利CN105675059A公开了一种多功能仿生微结构表面测试装置，包括粘附力测试驱动、摩擦力测试杆转轴、薄膜检测装置和显微镜装置等，可以在干燥及湿滑条件下测试仿生微结构化表面的摩擦力、黏附力，其黏附力检测时装置运动速度可以达1 µm/s，能够确保准确测试由测试样本的微小变形而引起的黏附力。但是，该测试装置仅能够测试固体材料之间由存在相对运动趋势而产生的黏附力、摩擦力等，不能用于液滴与固体材料（超疏水材料）间的黏附力测试。中国发明专利201810352124.4公开了一种仿生黏附材料的黏附力测试装置及其测试方法，测试装置包括基板、预压力加载机构、黏附力测试机构和角度调节机构，预压力加载机构包括U形支架和样品台及施力传感单元，角度调节结构包括L形支架及竖向移动转接单元、上固定转接单元和下固定转接单元，黏附力测试机构包括依次连接的PVC承载片、牵拉线和电机，PVC承载片与待测黏附样品相连接。本发明中采用设置竖/横向移动转接单元的方式，使得待测黏附样品在承受拉力后可进行不同剥离角度下的黏附性能测试，所设置的机械机构比较适合聚合物基阵列黏附材料、碳纳米管阵列黏附材料等固体材料间黏附力的测试，不适合测试液滴与固体材料（超疏水材料）间的黏附力测试。

综上所述，现有的黏附力测试系统，由于步进电机或交流电机的使用产生较为显著的振动，一定程度上降低了黏附力测试结果的准确度与重复性；而且在测试量程、测试精度、测试平台及其附属机械装置等方面也不能同时满足超疏水材料与液滴间黏附力的测试需求。因此，有必要研制一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其具有微牛级测试精度、量程小、测试样本固定平台专业、运行过程稳定、无步进电机振动干扰、测试结果精确等特点，专门用于表征高黏附超疏水表面与液滴间的黏附力。

发明内容

本发明基于上述背景，提供了一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，专门用于测试高黏附超疏水表面与液滴间的黏附力，具有微牛级测试精度、量程小、测试样本固定平台专业、测试过程稳定、无步进电机振动干扰、测试结果准确等特点。

为实现上述技术目标，本发明所采取的技术方案是：

一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，包括测试平台固定底板，固定安装在测试平台固定底板上方的测试平台平移组件、液滴注射单元安装架和竖直微动平台固定板，以及安装在测试平台平移组件上的黏附力测试平台组件；

所述液滴注射单元安装架、测试平台平移组件和竖直微动平台固定板均固定连接在测试平台固定底板上，且液滴注射单元安装架和竖直微动平台固定板分别位于测试平台平移组件的两侧；

所述液滴注射单元安装架上设置有位于黏附力测试平台组件上方的液滴注射机构，所述竖直微动平台固定板上设置有位于黏附力测试平台组件上方的黏附力测试机构；所述液滴注射机构和黏附力测试机构分别位于黏附力测试平台组件在测试平台平移组件上平移方向的前侧和后侧；

所述测试平台平移组件是由手动调节指纹把手驱动黏附力测试平台组件在水平方向移动；

所述黏附力测试机构在竖直方向的移动是由微动调节把手驱动。

作为本发明的进一步改进，所述液滴注射机构包括固定在测试平台固定底板上的液滴注射单元安装架、固定在液滴注射单元安装架上的液滴注射单元夹具以及夹持在液滴注射单元夹具上的滴液注射单元；

所述滴液注射单元的下端位于黏附力测试平台组件的上方。

作为本发明的进一步改进，所述黏附力测试机构包括固定在测试平台固定底板上的竖直微动平台固定板、安装在竖直微动平台固定板侧部的微动测试组件、固定连接在微动测试组件上的平行双簧片悬臂梁、设置在平行双簧片悬臂梁左下侧的液滴转移探针以及固定在微动测试组件上的电涡流位移传感器；

所述液滴转移探针位于黏附力测试平台组件的上方；

所述电涡流位移传感器用来感知双簧片悬臂梁的弹性变形并输出电压信号。

作为本发明的进一步改进，所述测试平台平移组件包括水平滚珠丝杠底座、分别固定在水平滚珠丝杠底座两端的水平滚珠丝杠支撑端和水平滚珠丝杠固定端、螺纹贯穿连接在水平滚珠丝杠支撑端和水平滚珠丝杠固定端之间的水平滚珠丝杠丝杆、固定在水平滚珠丝杠丝杆上的水平滚珠丝杠滑块、开设在水平滚珠丝杠滑块上的固定架螺纹孔、开设在水平滚珠丝杠底座上的水平滚珠丝杠底座螺纹孔以及固定在水平滚珠丝杠丝杆一端并位于水平滚珠丝杠固定端外侧的手动调节直纹把手；

手动旋转手动调节直纹把手，黏附力测试平台组件上待测的高黏附超疏水样本由液滴注射单元处移动到液滴转移探针的正下方。

作为本发明的进一步改进，所述黏附力测试平台组件包括测试平台水平调节球、测试样本放置平台、测试样本固定夹、圆水准泡、支撑架紧固螺钉、测试平台支撑架、连接板紧固螺钉、丝杠滑块连接板、水平调节弹簧和水平调节螺钉；

测试样本放置平台通过支撑架紧固螺钉与测试平台支撑架紧固连接，在测试样本放置平台上设置测试样本固定夹，用于固定高黏附超疏水材料样本；

所述水平调节螺钉自上而下穿通测试样本放置平台和测试平台支撑架，其下端支撑在丝杠滑块连接板上表面；所述水平调节弹簧套装在水平调节螺钉的螺杆外周；

通过测试平台水平调节件、测试样本放置平台上设置的圆水准泡、水平调节弹簧与水平调节螺钉，实现测试样本放置平台的水平调整，以确保液滴与高黏附超疏水材料表面垂直接触；

测试样本放置平台通过支撑架紧固螺钉与测试平台支撑架紧固连接，，使用连接板紧固螺钉将丝杠滑块连接板与测试平台平移组件紧固连接；

所述测试平台水平调节件的上部圆台上开设有用来固定连接支撑架紧固螺钉的水平调节件紧固螺孔；

所述丝杠滑块连接板上开设有连接板紧固螺钉的丝杠滑块紧固螺孔和连接支撑架紧固螺钉的支撑架连接螺孔。

作为本发明的进一步改进，所述测试平台水平调节件的底部固定设置有水平调节球，并在丝杠滑块连接板的上侧匹配设置水平调节球安装圆槽，水平调节球的半球形端面与水平调节球安装圆槽动连接，配合水平调节弹簧与水平调节螺钉，实现测试样本放置平台的进一步水平度调整。

作为本发明的进一步改进，所述微动测试组件包括电涡流位移传感器固定架、微动调节把手固定架、微动调节把手、双簧片悬臂梁固定架、平行双簧片悬臂梁紧固螺、限位组件、移动平台固定块和竖直移动平台；

所述电涡流位移传感器固定架固定连接在竖直移动平台上，所述移动平台固定块固定连接在竖直微动平台固定板上，所述竖直移动平台竖直方向滑动连接在移动平台固定块上，所述限位组件连接在竖直移动平台和移动平台固定块的同一侧，所述微动调节把手固定架固定连接在移动平台固定块上，所述微动调节把手穿过移动平台固定块后下端固定连接在竖直移动平台上，所述双簧片悬臂梁固定架由平行双簧片悬臂梁紧固螺固定连接在竖直移动平台上；

所述双簧片悬臂梁固定架位于电涡流位移传感器固定架的下方。

作为本发明的进一步改进，所述平行双簧片悬臂梁固定安装在双簧片悬臂梁固定架上，所述平行双簧片悬臂梁的左下侧设置液滴转移探针；

所述电涡流位移传感器固定在电涡流位移传感器固定架上，电涡流位移传感器固定架上设置电涡流位移传感器固定架椭形孔，用于调节电涡流位移传感器在水平方向的位置，使电涡流位移传感器中心正对着平行双簧片悬臂梁的左侧部位。

作为本发明的进一步改进，所述限位组件用于调节竖直移动平台在竖直方向的移动位置，限位组件包括限位连接板、限位连接板椭形孔、限位直纹把手；限位连接板通过螺钉固定到竖直移动平台上，限位直纹把手穿过限位连接板椭形孔与移动平台固定块连接。

作为本发明的进一步改进，所述平行双簧片悬臂梁包括用来固定安装在平行双簧片悬臂梁固定架上的矩形连接块、材质相同且尺寸一致的下侧弹簧片与上侧弹簧片和半圆弧形连接块；

所述矩形连接块和半圆弧形连接块固定安装在下侧弹簧片与上侧弹簧片之间；

所述半圆弧形连接块的侧端下部设置竖直螺纹孔，用以固定安装液滴转移探针。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果如下：

本发明提供了一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，专门用于测试高黏附超疏水材料与液滴间的黏附力，具有微牛级测试精度、量程小、测试样本固定平台专业、测试过程稳定、无步进电机振动干扰、测试结果准确等优点，能够解决现有黏附力测试系统因步进电机振动而导致的测试结果准确度低、重复性差等问题。

附图说明

图1 本发明的整体结构示意图；

图2 本发明的黏附力测试平台组件整体结构示意图；

图3本发明的测试平台水平调节件及丝杠滑块连接板剖视图；

图4 本发明的测试平台平移组件整体结构示意图；

图5 本发明的微动测试组件整体结构示意图；

图6 本发明的平行双簧片悬臂梁整体结构示意图。

其中：1、黏附力测试平台组件；1-1、测试平台水平调节件；1-1-1、水平调节件紧固螺孔；1-1-2、水平调节球； 1-2、测试样本放置平台；1-3、测试样本固定夹；1-4、圆水准泡；1-5、支撑架紧固螺钉；1-6、测试平台支撑架；1-7、连接板紧固螺钉；1-8、丝杠滑块连接板；1-8-1、水平调节球安装圆槽；1-8-2、丝杠滑块紧固螺孔；1-8-3、支撑架连接螺孔；1-9、水平调弹簧；1-10、水平调节螺钉；

2、微动测试组件；2-1、电涡流位移传感器固定架；2-1-1、电涡流位移传感器固定架椭形孔；2-2、微动调节把手固定架；2-3、微动调节把手；2-3-1、快速驱动旋钮；2-3-2、微分调节旋钮；2-3-3、微分刻度筒；2-4、平行双簧片悬臂梁固定架；2-5、平行双簧片悬臂梁紧固螺钉；2-6、限位组件；2-6-1、限位连接板；2-6-1-1、限位连接板椭形孔；2-6-2、限位直纹把手；2-7、移动平台固定块；2-8、竖直移动平台；

3、平行双簧片悬臂梁；3-1、矩形连接块；3-2、下侧弹簧片；3-3、上侧弹簧片；3-4、半圆弧形连接块；3-5、竖直螺纹孔；

4、电涡流位移传感器；5、液滴转移探针；6、液滴注射单元；7、液滴注射单元夹具；8、液滴注射单元安装架；9、竖直微动平台固定板；

10、测试平台平移组件；10-1、水平滚珠丝杠支撑端；10-2、水平滚珠丝杠滑块；10-3、固定架螺纹孔；10-4、水平滚珠丝杠丝杆；10-5、手动调节直纹把手；10-6、水平滚珠丝杠固定端；10-7、水平滚珠丝杠底座；10-8、水平滚珠丝杠底座螺纹孔；11、测试平台固定基座；12、橡胶减震垫。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明的一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，能够实现黏附力测试的平行双簧片悬臂梁、电涡流位移传感器是该系统的核心部件；为匹配双簧片悬臂梁、电涡流位移传感器的固定安装与测试功能，设置黏附力测试平台组件及附属机械机构。

如附图1所示，一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，主要包括黏附力测试平台组件1、微动测试组件2、平行双簧片悬臂梁3、电涡流位移传感器4、液滴转移探针5、液滴注射单元6、液滴注射单元夹具7、液滴注射单元安装架8、竖直微动平台固定板9、测试平台平移组件10、测试平台固定基座11、橡胶减震垫12。

测试平台固定基座11选用刚度高、性能稳定的不锈钢材质，尺寸参数为220mm ×80mm ×8mm（长×宽×高），为黏附力测试平台组件1、微动测试组件2、测试平台平移组件10等提供固定安装平台。

黏附力测试平台组件1用于放置高黏附超疏水材料并能够将该材料调至水平，便于液滴与高黏附超疏水材料的垂直接触，确保黏附力测试结果的高精确度；利用微动测试组件2控制平行双簧片悬臂梁3、电涡流位移传感器4、液滴转移探针5在竖直方向的上下移动，实现高黏附超疏水材料与液滴间黏附力的测试；微动测试组件2通过螺栓与竖直微动平台固定板9紧密固定，液滴注射单元6通过液滴注射单元夹具7紧固安装在液滴注射单元安装架8上；黏附力测试平台组件1安装在测试平台平移组件10上，实现黏附力测试平台组件1在水平方向的移动；待测的高黏附超疏水材料样本移动至液滴注射单元6的正下方，液滴注射单元6的液滴滴落至高黏附超疏水材料样本表面，然后黏附力测试平台组件1移动至液滴转移探针5的正下方，使液滴与液滴转移探针5接触，便于进行黏附力测试；液滴注射单元安装架8、竖直微动平台固定板9与测试平台平移组件10均紧固安装到测试平台固定基座11上，测试平台固定基座11的底部设置4个橡胶减震垫12，用以隔绝外界的振动干扰，增强该测试系统的运行稳定性，降低测试误差的产生。

如附图2、附图3、附图4所示，测试样本放置平台1-2设置尺寸为20mm ×35mm ×2mm（长×宽×高）。在测试样本放置平台1-2上设置测试样本固定夹1-3用于固定需要测试的高黏附超疏水材料。通过测试平台水平调节件1-1、测试样本放置平台1-2设置的圆水准泡1-4、水平调节弹簧1-9、水平调节螺钉1-10，共同实现测试样本放置平台1-2的水平度调整，水平调节弹簧1-9的弹性系数为80-200N/m；设置于测试平台水平调节件1-1底部的水平调节球1-1-2的半球形端面动连接到设置于丝杠滑块连接板1-8上侧的水平调节球安装圆槽1-8-1内，配合水平调节弹簧1-9与水平调节螺钉1-10，能够现测试样本放置平台1-2的进一步水平度调整。测试样本放置平台1-2通过支撑架紧固螺钉1-5与测试平台支撑架1-6紧固连接，使用连接板紧固螺钉1-7将丝杠滑块连接板1-8与测试平台平移组件10上的水平滚珠丝杠滑块10-2紧固连接，水平滚珠丝杠滑块10-2连接面的尺寸为 15mm ×30.5mm ×1.8mm（长×宽×高）。测试平台平移组件10包括水平滚珠丝杠支撑端10-1、水平滚珠丝杠滑块10-2、固定架螺纹孔10-3、水平滚珠丝杠丝杆10-4、手动调节直纹把手10-5、水平滚珠丝杠固定端10-6、水平滚珠丝杠底座10-7、水平滚珠丝杠底座螺纹孔10-8。在手动调节直纹把手10-5的驱动下，黏附力测试平台组件1能够在水平方向上左右移动，使高黏附超疏水材料待测样本先移动至液滴注射单元6的正下方，液滴滴落至高黏附超疏水材料表面后再移动至液滴转移探针5的正下方。

如图1、图5所示，微动测试组件2上设置电涡流位移传感器固定架2-1、电涡流位移传感器固定架椭形孔2-1-1、微动调节把手固定架2-2、微动调节把手2-3、双簧片悬臂梁固定架2-4、平行双簧片悬臂梁紧固螺2-5、限位直纹把手连接板2-6-1、限位直纹把手2-6-2、移动平台固定块2-7、竖直移动平台2-8。微动调节把手2-3的精度为0.001mm，以提高提高液滴转移探针5与液滴（在高黏附超疏水材料表面上）间接近速度、远离速度的运行精度，最终可提升高黏附超疏水材料表面与液滴间黏附力的测试精度。为保护平行双簧片悬臂梁3免遭因自身重力产生的急速下滑而导致的意外损坏，在微动测试组件2上设置限位组件2-6，用于调节竖直移动平台2-8在竖直方向的移动位置，限位组件2-6包括限位连接板2-6-1、限位连接板椭形孔2-6-1-1、限位直纹把手2-6-2。限位连接板2-6-1通过螺钉固定到竖直移动平台2-8上，限位直纹把手2-6-2穿过限位连接板椭形孔2-6-1-1与移动平台固定块2-7连接，当竖直移动平台2-8沿竖直方向移动到合适的位置时，拧紧限位直纹把手2-6-2，以此锁定竖直移动平台2-8在竖直方向的位置，限位连接板椭形孔2-6-1-1的长度决定竖直移动平台2-8在竖直方向的移动范围。通过平行双簧片悬臂梁紧固螺钉2-5，将平行双簧片悬臂梁3固定安装到平行双簧片悬臂梁固定架2-4上，平行双簧片悬臂梁3的左下侧设置液滴转移探针5，用以转移滴落至高黏附超疏水材料表面的液滴，使液滴与高黏附超疏水材料表面之间产生相对远离的运动趋势，从而使高黏附超疏水材料表面与液滴间的黏附力被平行双簧片悬臂梁3感知。电涡流位移传感器4固定在电涡流位移传感器固定架2-1上，电涡流位移传感器固定架2-1上设置电涡流位移传感器固定架椭形孔2-1-1，用于小范围调节电涡流位移传感器4在水平方向的位置，使电涡流位移传感器4中心正对着平行双簧片悬臂梁3的左侧部位。微动调节把手2-3通过微动调节把手固定架2-2连接到移动平台固定块2-7上，基于现有的微动旋转调节技术及相关装置（如千分尺），设置快速驱动旋钮2-3-1和微分调节旋钮2-3-2用于调整竖直移动平台2-8在竖直方向的移动，其中快速驱动旋钮2-3-1用于粗调，微分调节旋钮2-3-2用于细调，微动调节把手2-3与移动平台固定块2-7的固定可实现由快速驱动旋钮2-3-1和微分调节旋钮2-3-2的转动到竖直移动平台2-8在竖直方向上的平动。微动调节把手2-3的下端设置螺纹，竖直移动平台2-8上部设置螺纹孔，用以实现微动调节把手2-3与竖直移动平台2-8的固定连接。电涡流位移传感器固定架2-1通过螺钉固定在竖直移动平台2-8上，微动调节把手2-3驱动整个微动测试组件2、平行双簧片悬臂梁3、液滴转移探针5在竖直方向上精确移动。电涡流位移传感器4通过紧固螺母固定在电涡流传感器固定架2-1的电涡流传感器固定架椭形孔2-1-1上，平行双簧片悬臂梁固定架2-4设置为阶梯形状，用来降低承重，平行双簧片悬臂梁固定架2-4的长度为15mm、宽度为30.5mm、厚端高度为4mm、薄端高度为1.8mm，薄端通过螺钉连接的方式与移动平台固定块2-7竖直移动平台2-8固定连接。平行双簧片悬臂梁3通过紧固螺钉安装到平行双簧片悬臂梁固定架2-4上，平行双簧片悬臂梁固定架2-4上端固定微动调节把手固定架2-2，微动调节把手固定架2-2的长度为42mm、宽度为6mm、高度为3mm。

如图1、图6所示，平行双簧片悬臂梁3由矩形连接块3-1、材质相同且尺寸一致的下侧弹簧片3-2与上侧弹簧片3-3、半圆弧形连接块3-4组成；弹簧片3-2与上侧弹簧片3-3的尺寸为85mm ×18mm ×0.18mm（长×宽×高），半圆弧形连接块3-4的材料选用45#钢，可提高电涡流位移传感器4的感应灵敏度，通过抛光处理使半圆弧形连接块3-4的表面粗糙度小于Ra=0.6µm；在半圆弧形连接块3-4右侧下端设置圆形凹槽，直径为18mm，深度为2.2mm，用来降低半圆弧形连接块3-4的重量，减轻下侧弹簧片3-2、上侧弹簧片3-3在竖直方向上的承重。半圆弧形连接块3-4的下端竖直螺纹孔3-5，用以将液滴转移探针5固定安装到半圆弧形连接块3-4上。下侧弹簧片3-2、上侧弹簧片3-3通过胶连接的方式，固定到矩形连接块3-1和半圆弧形连接块3-4的上下两侧；平行双簧片悬臂梁3的测试精度为20 mN/mm，电涡流位移传感器4分辨力为0.4µm，即黏附力测试精度可达8 µN/mm。

高黏附超疏水材料表面与液滴间黏附力的测试方法：选取高黏附超疏水材料作为测试样本，测试超纯水液滴与其表面产生的黏附力。通过微动测试组件2的微动调节把手2-3的驱动，调整平行双簧片悬臂梁3在竖直方向的位置，使液滴转移探针5的下侧距离黏附力测试平台组件1的测试样本放置平台1-2上方2~4 mm的位置，拧紧限位组件2-6的限位直纹把手2-6-2，从而锁定微动测试组件2在竖直方向的位置，避免因微动测试组件2自身重力导致的急剧下滑，排除平行双簧片悬臂梁3潜在的破坏因素。通过平行双簧片悬臂梁紧固螺钉2-5固定到平行双簧片悬臂梁固定架2-4上。将测试样本（高黏附超疏水材料）放置在黏附力测试平台组件1的测试样本放置平台1-2上，并用测试样本固定夹1-3固定。利用测试平台水平调节件1-1、测试样本放置平台1-2上侧设置的圆水准泡1-4、水平调节弹簧1-9、水平调节螺钉1-10，将测试样本放置平台1-2的上端面调至水平。通过手动调节直纹把手10-5的驱动，将装卡在测试样本放置平台1-2的测试样本向左移动至液滴注射单元6的正下方，挤压液滴注射单元6的上侧活塞，将液滴注射单元6内部的超纯水液滴（3-10μL）滴落至测试样本表面；再通过手动调节直纹把手10-5的驱动，将滴有超纯水液滴的测试样本向右平移至液滴转移探针5的正下方。采用与超纯水液滴之间能够产生超强黏附特性的PVC材料制作液滴转移探针5，其直径为0.5-1.5mm，长度为8-15mm。此时，松开限位组件2-6的限位直纹把手2-6-2，使竖直移动平台2-8能够在微动调节把手2-3的旋转作用下沿着竖直方向移动。利用微动测试组件2的微动调节把手2-3中的快速驱动旋钮2-3-1进行粗调节，使液滴转移探针5向下移动接触到液滴，再使用微动调节把手2-3的微分调节旋钮2-3-2向上缓慢移动直到液滴脱离高黏附超疏水材料表面，并从微分刻度筒2-3-3上读出位移信息，微动调节把手2-3的精度为0.001mm。因超纯水液滴与液滴转移探针5间的黏附特性强于超纯水液滴与测试样本（高黏附超疏水材料），超纯水液滴缓慢脱离测试样本。在这过程中，超纯水液滴与测试样本之间产生黏附力，促使平行双簧片悬臂梁3的下侧弹簧片3-2、上侧弹簧片3-3发生弹性变形，电涡流位移传感器4能够感知该位移并输出电压信号。电涡流位移传感器4输出的电压信号，经数据采集卡的模数转换后传输至计算机的数据处理与界面显示程序，然后依据电涡流位移传感器4的特性方程，即位移与电压之间的函数关系，获取高黏附超疏水材料表面与液滴间的黏附力并实时显示与存储。

最后说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，但绝非用于限制本发明的范围。尽管参照较佳实施例对本发明进行了较为详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应该涵盖在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其特征在于：包括测试平台固定底板（11），固定安装在测试平台固定底板（11）上方的测试平台平移组件（10）、液滴注射单元安装架（8）和竖直微动平台固定板（9），以及安装在测试平台平移组件（10）上的黏附力测试平台组件（1）；

所述液滴注射单元安装架（8）、测试平台平移组件（10）和竖直微动平台固定板（9）均固定连接在测试平台固定底板（11）上，且液滴注射单元安装架（8）和竖直微动平台固定板（9）分别位于测试平台平移组件（10）的两侧；

所述液滴注射单元安装架（8）上设置有位于黏附力测试平台组件（1）上方的液滴注射机构，所述竖直微动平台固定板（9）上设置有位于黏附力测试平台组件（1）上方的黏附力测试机构；所述液滴注射机构和黏附力测试机构分别位于黏附力测试平台组件（1）在测试平台平移组件（10）上平移方向的前侧和后侧；

所述测试平台平移组件（10）是由手动调节指纹把手（10-5）驱动黏附力测试平台组件（1）在水平方向移动；

所述黏附力测试机构在竖直方向的移动是由微动调节把手（2-3）驱动。

2.根据权利要求1所述的一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其特征在于：所述液滴注射机构包括固定在测试平台固定底板（11）上的液滴注射单元安装架（8）、固定在液滴注射单元安装架（8）上的液滴注射单元夹具（7）以及夹持在液滴注射单元夹具（7）上的滴液注射单元（6）；

所述滴液注射单元（6）的下端位于黏附力测试平台组件（1）的上方。

3.根据权利要求2所述的一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其特征在于：所述黏附力测试机构包括固定在测试平台固定底板（11）上的竖直微动平台固定板（9）、安装在竖直微动平台固定板（9）侧部的微动测试组件（2）、固定连接在微动测试组件（2）上的平行双簧片悬臂梁（3）、设置在平行双簧片悬臂梁（3）左下侧的液滴转移探针（5）以及固定在微动测试组件（2）上的电涡流位移传感器（4）；

所述液滴转移探针（5）位于黏附力测试平台组件（1）的上方；

所述电涡流位移传感器（4）用来感知双簧片悬臂梁（3）的弹性变形并输出电压信号。

4.根据权利要求3所述的一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其特征在于：所述测试平台平移组件（10）包括水平滚珠丝杠底座（10-7）、分别固定在水平滚珠丝杠底座（10-7）两端的水平滚珠丝杠支撑端（10-1）和水平滚珠丝杠固定端（10-6）、螺纹贯穿连接在水平滚珠丝杠支撑端（10-1）和水平滚珠丝杠固定端（10-6）之间的水平滚珠丝杠丝杆（10-4）、固定在水平滚珠丝杠丝杆（10-4）上的水平滚珠丝杠滑块（10-2）、开设在水平滚珠丝杠滑块（10-2）上的固定架螺纹孔（10-3）、开设在水平滚珠丝杠底座（10-7）上的水平滚珠丝杠底座螺纹孔（10-8）以及固定在水平滚珠丝杠丝杆（10-4）一端并位于水平滚珠丝杠固定端（10-6）外侧的手动调节直纹把手（10-5）；

手动旋转手动调节直纹把手（10-5），黏附力测试平台组件（1）上待测的高黏附超疏水样本由液滴注射单元（6）处移动到液滴转移探针（5）的正下方。

5.根据权利要求4所述的一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其特征在于：所述黏附力测试平台组件（1）包括测试平台水平调节球（1-1）、测试样本放置平台（1-2）、测试样本固定夹（1-3）、圆水准泡（1-4）、支撑架紧固螺钉（1-5）、测试平台支撑架（1-6）、连接板紧固螺钉（1-7）、丝杠滑块连接板（1-8）、水平调节弹簧（1-9）和水平调节螺钉（1-10）；

测试样本放置平台（1-2）通过支撑架紧固螺钉（1-5）与测试平台支撑架（1-6）紧固连接，在测试样本放置平台（1-2）上设置测试样本固定夹（1-3），用于固定高黏附超疏水材料样本；

所述水平调节螺钉（1-10）自上而下穿通测试样本放置平台（1-2）和测试平台支撑架（1-6）（1-6），其下端支撑在丝杠滑块连接板（1-8）上表面；所述水平调节弹簧（1-9）套装在水平调节螺钉（1-10）的螺杆外周；

通过测试平台水平调节件（1-1）、测试样本放置平台（1-2）上设置的圆水准泡（1-4）、水平调节弹簧（1-9）与水平调节螺钉（1-10），实现测试样本放置平台（1-2）的水平调整，以确保液滴与高黏附超疏水材料表面垂直接触；

测试样本放置平台（1-2）通过支撑架紧固螺钉（1-5）与测试平台支撑架（1-6）紧固连接，使用连接板紧固螺钉（1-7）将丝杠滑块连接板（1-8）与测试平台平移组件（10）紧固连接；

所述测试平台水平调节件（1-1）的上部圆台上开设有用来固定连接支撑架紧固螺钉（1-5）的水平调节件紧固螺孔（1-1-1）；

所述丝杠滑块连接板（1-8）上开设有连接板紧固螺钉（1-7）的丝杠滑块紧固螺孔（1-8-2）和连接支撑架紧固螺钉（1-5）的支撑架连接螺孔（1-8-1）。

6.根据权利要求5所述的一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其特征在于：所述测试平台水平调节件（1-1）的底部固定设置有水平调节球（1-1-2），并在丝杠滑块连接板（1-8）的上侧匹配设置水平调节球安装圆槽（1-8-1），水平调节球（1-1-2）的半球形端面与水平调节球安装圆槽（1-8-1）动连接，配合水平调节弹簧（1-9）与水平调节螺钉（1-10），实现测试样本放置平台（1-2）的进一步水平度调整。

7.根据权利要求3所述的一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其特征在于：所述微动测试组件（2）包括电涡流位移传感器固定架（2-1）、微动调节把手固定架（2-2）、微动调节把手（2-3）、双簧片悬臂梁固定架（2-4）、平行双簧片悬臂梁紧固螺（2-5）、限位组件（2-6）、移动平台固定块（2-7）和竖直移动平台（2-8）；

所述电涡流位移传感器固定架（2-1）固定连接在竖直移动平台（2-8）上，所述移动平台固定块（2-7）固定连接在竖直微动平台固定板（9）上，所述竖直移动平台（2-8）竖直方向滑动连接在移动平台固定块（2-7）上，所述限位组件（2-6）连接在竖直移动平台（2-8）和移动平台固定块（2-7）的同一侧，所述微动调节把手固定架（2-2）固定连接在移动平台固定块（2-7）上，所述微动调节把手（2-3）穿过移动平台固定块（2-7）后下端固定连接在竖直移动平台（2-8）上，所述双簧片悬臂梁固定架（2-4）由平行双簧片悬臂梁紧固螺（2-5）固定连接在竖直移动平台（2-8）上；

所述双簧片悬臂梁固定架（2-4）位于电涡流位移传感器固定架（2-1）的下方。

8.根据权利要求7所述的一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其特征在于：所述平行双簧片悬臂梁（3）固定安装在双簧片悬臂梁固定架（2-4）上，所述平行双簧片悬臂梁（3）的左下侧设置液滴转移探针（5）；

所述电涡流位移传感器（4）固定在电涡流位移传感器固定架（2-1）上，电涡流位移传感器固定架（2-1）上设置电涡流位移传感器固定架椭形孔（2-1-1），用于调节电涡流位移传感器（4）在水平方向的位置，使电涡流位移传感器（4）中心正对着平行双簧片悬臂梁3的左侧部位。

9.根据权利要求8所述的一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其特征在于：所述限位组件（2-6）用于调节竖直移动平台（2-8）在竖直方向的移动位置，限位组件（2-6）包括限位连接板（2-6-1）、限位连接板椭形孔（2-6-1-1）、限位直纹把手（2-6-2）；限位连接板（2-6-1）通过螺钉固定到竖直移动平台（2-8）上，限位直纹把手（2-6-2）穿过限位连接板椭形孔（2-6-1-1）与移动平台固定块（2-7）连接。

10.根据权利要求9所述的一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其特征在于：所述平行双簧片悬臂梁（3）包括用来固定安装在平行双簧片悬臂梁固定架（2-3）上的矩形连接块（3-1）、下侧弹簧片（3-2）、上侧弹簧片（3-3）和半圆弧形连接块（3-4）；

下侧弹簧片（3-2）与上侧弹簧片（3-3）材质相同且尺寸一致；

所述矩形连接块（3-1）和半圆弧形连接块（3-4）固定安装在下侧弹簧片（3-2）与上侧弹簧片（3-3）之间；

所述半圆弧形连接块（3-4）的侧端下部设置竖直螺纹孔（3-5），用以固定安装液滴转移探针（5）。

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