本发明专利技术公开了一种气体静压导轨气膜厚度和气膜刚度的电容式测试方法。利用电容测量设备测量气体静压导轨工作时气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面之间的电容量，通过数据处理系统计算气体静压导轨气膜厚度以及气膜刚度。本发明专利技术利用电容式测量方法可以精确、连续地测量气体静压导轨气膜厚度和气膜刚度大小。本发明专利技术适用于精密气体静压导轨，尤其适用于超精密、纳米气体静压导轨的气膜厚度和气膜刚度的测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微位移测量方法，具体涉及一种。
技术介绍
气体静压润滑是实现超精密测量的核心技术，气体静压导轨由于摩擦力小、运动 平稳、精度高、几乎无热变形是实现纳米级分辨力的首选方案。但近年来的研究发现，采用 我国传统方法在空气静压导轨与气膜相垂直的法线方向进行测量时，有气膜振动现象，通 常可达30 50nm的量级。此振动成为制约超精密测量发展的重要瓶颈。在气体静压润滑 技术的发展中，如何有效抑制气膜振动问题成为国内学者研究的重点问题之一。通过对气 膜厚度和气膜刚度的连续、亚微米分辨力的测量，实现超薄气膜润滑，从而抑制导轨振动， 提高测量精度。 气膜厚度的测量属于微小位移测量领域，从原理上讲，测量方法主要分为光学法 和电学法两类。随着激光的问世和光学技术的发展，越来越多的光学方法被应用到微小位 移检测当中，例如激光干涉仪，红外近焦光谱仪等光学仪器被广泛应用于纳米级精度定位 当中，但光学法普遍对光强、波长等参数以及实验室测量环境等都具有较高要求，并不适用 于超精密导轨的测量。电学法主要有电感测微法和电容测微法。其中瑞士TESA公司生产 的高精密电感测微测头最高精度可达0. 01 ii m，配备相应的测量电路也可以实现微位移的 测量。但通常电感测微测量电路设计复杂，不适用于快速测量。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种，能够精确地测量出气体静压导轨气膜厚度和气膜刚度。 为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案的步骤如下 (1)将压强为0. 2MPa 0. 8MPa的空气经过气体静压导轨气浮单元的节流孔送入 气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面的接触面，借助其静压使气体静压导轨气浮单元悬浮起来，气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面之间形成一层气膜，实现气 体静压导轨气浮单元纯空气摩擦的直线运动； (2)电容测量装置的一端连接气体静压导轨气浮单元，另一端连接气体静压导轨 工作面，测量气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面之间的电容C，通过数据处理系 统计算出气体静压导轨气膜厚度和气膜刚度； (3)计算气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面之间的气膜厚度S ，^ = ￡^，其中￡是空气的介电常数，s是气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面相 c对应一侧的面积； (4)计算气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面之间的气膜刚度G，G = 丁 ，其中W为气体静压导轨承载力。 所述的气体静压导轨气浮单元节流孔孔径为0. 1 0. 4mm，气体静压导轨气浮单 元的形状为方形或圆柱形，气体静压导轨气浮单元的工作面为平面或凹面。 所述的气体静压导轨气浮单元工作面的凹面为凹圆锥面或单叶双曲面。 本专利技术具有的有益效果是 本专利技术利用电容式测量方法可以精确、连续地测量气体静压导轨气膜厚度和气膜 刚度大小。本专利技术适用于精密气体静压导轨，尤其适用于超精密、纳米气体静压导轨的气膜 厚度和气膜刚度的测量。附图说明 图1是气体静压导轨气浮单元工作面为平面时气体静压导轨气膜厚度和气膜刚 度的电容式测试方法示意图。 图2是气体静压导轨气浮单元工作面为凹圆锥面时气体静压导轨气膜厚度和气 膜刚度的电容式测试方法示意图。 图3是气体静压导轨气浮单元工作面为单叶双曲面时气体静压导轨气膜厚度和 气膜刚度的电容式测试方法示意图。 图4是流程图。 图中1.气体静压导轨气浮单元，2.平面，3.凹圆锥面，4.单叶双曲面，5.气体静压导轨工作面，6.电容测量装置，7.数据处理系统。具体实施例方式如图1所示，气体静压导轨气浮单元工作面为平面，气体静压导轨气浮单元连接 电容测量装置的一个测量端口 ，气体静压导轨工作面连接电容测量装置的另一个测量端 口 ，电容测量装置的输出端与数据处理系统相连接，通过数据处理计算得到气体静压导轨 气膜厚度和气膜刚度值。 如图2所示，气体静压导轨气浮单元工作面为凹圆锥面，气体静压导轨气浮单元 连接电容测量装置的一个测量端口，气体静压导轨工作面连接电容测量装置的另一个测量 端口 ，电容测量装置的输出端与数据处理系统相连接，通过数据处理计算得到气体静压导 轨气膜厚度和气膜刚度值。 如图3所示，气体静压导轨气浮单元工作面为单叶双曲面，气体静压导轨气浮单 元连接电容测量装置的一个测量端口，气体静压导轨工作面连接电容测量装置的另一个测 量端口 ，电容测量装置的输出端与数据处理系统相连接，通过数据处理计算得到气体静压 导轨气膜厚度和气膜刚度值。 如图4所示，以气体静压导轨气浮单元工作面为平面，气体静压导轨工作面为 平面的情况为例，其中，气体静压导轨气浮单元为方形，长90mm，宽60mm，节流孔直径为 0. 3mm，开设双环联结形均压槽；的流 程是 (1)、将压强为0. 2MPa 0. 8MPa的空气经过气体静压导轨气浮单元的节流孔送入气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面的接触面，借助其静压使气体静压导轨气浮单元悬浮起来，气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面之间形成一层气膜，实现气 体静压导轨气浮单元纯空气摩擦的直线运动。 (2)、利用电容测量装置TH2617电容测量仪测量气体静压导轨气浮单元和气体静压导轨工作面之间的电容C ;将电容测量仪的一个测量端口与气体静压导轨气浮单元相连，电容测量仪的另一个测量端口与气体静压导轨工作面相连，观察记录实验测量结果，判断测量结果是否可靠，如结果出现明显错误，调整设备重新测量，如测量结果可靠，将测量结果传输到数据处理系统，由数据处理系统根据电容值计算气膜厚度值。 (3)、计算气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面之间的气膜厚度S ，根据公式 <formula>formula see original document page 5</formula> 其中e是空气的介电常数，常温常压下为8.85X10—F/m，s是气体静压导轨气浮 单元与气体静压导轨工作面相对应一侧的面积，对于实验中所采用的方形气体静压导轨气 浮单元而言，其面积为5.4X103mm2。根据数据处理系统计算气膜厚度值，并判断结果是否 可靠，如结果出现明显错误，则重新测量计算，如计算结果可靠，则继续计算气膜刚度值。 (4)、计算气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面之间的气膜刚度G 『<formula>formula see original document page 5</formula> 其中W为导轨承载力。判断计算结果是否可靠，如计算结果出现明显错误，则返回 上一步重新测量计算，如测量结果可靠，则显示气膜厚度和气膜刚度值。完成一次计算之后 返回，准备下一次测量。 利用上述测量方法进行气膜厚度和气膜刚度测试实验，气体静压导轨静承载力为 8. 41N，选取几组实验测量数据如下<table>table see original document page 5</column></row><table> 上述具体实施方式用来解释说明本专利技术，而不是对本专利技术进行限制，在本专利技术的 精神和权利要求的保护范围内，对本专利技术作出的任何修改和改变，都落入本专利技术的保护范 围。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种气体静压导轨气膜厚度和气膜刚度的电容式测试方法，其特征在于该方法的步骤如下： （１）将压强为０．２ＭＰａ～０．８ＭＰａ的空气经过气体静压导轨气浮单元的节流孔送入气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面的接触面，借助其静压使气体静压导轨气浮单元悬浮起来，气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面之间形成一层气膜，实现气体静压导轨气浮单元纯空气摩擦的直线运动； （２）电容测量装置的一端连接气体静压导轨气浮单元，另一端连接气体静压导轨工作面，测量气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面之间的电容Ｃ；通过数据处理系统计算出气体静压导轨气膜厚度和气膜刚度； （３）计算气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面之间的气膜厚度δ，δ＝ε.ｓ／ｃ，其中ε是空气的介电常数，ｓ是气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面相对应一侧的面积； （４）计算气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面之间的气膜刚度Ｇ，Ｇ＝Ｗ／δ，其中Ｗ为气体静压导轨承载力。
【技术特征摘要】
一种气体静压导轨气膜厚度和气膜刚度的电容式测试方法，其特征在于该方法的步骤如下(1)将压强为0.2MPa～0.8MPa的空气经过气体静压导轨气浮单元的节流孔送入气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面的接触面，借助其静压使气体静压导轨气浮单元悬浮起来，气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面之间形成一层气膜，实现气体静压导轨气浮单元纯空气摩擦的直线运动；(2)电容测量装置的一端连接气体静压导轨气浮单元，另一端连接气体静压导轨工作面，测量气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面之间的电容C；通过数据处理系统计算出气体静压导轨气膜厚度和气膜刚度；(3)计算气体静压导轨气浮单元与气体静压导轨工作面之间的气膜厚度δ，其中ε是空气的介电常数，s是气...
【专利技术属性】
技术研发人员：李东升，方波，禹静，满楠，张雯，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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