扭转式微小力传感技术研究

近年来，随着航空航天、仪器仪表、生物医药以及微纳制造等各个领域的发展，微小力值 (≤10N)的计量在各个领域中占据着越来越重要的位置。

但是由于受最小标准砝码(1 mg)的制约，目前国内可测量及溯源的，即可计量的最小力值为 mN级 ，大约在 10～N～i0-N。当质量小于 mg级时，质量本身存在很大的不确定度，因此各国并没有建立统- 的微小力值的计量方法 。

美国、德国、英国、日本、韩国先后构建了微力测量及溯源的体系及装置 J，但由于微小力传感传递机构的灵敏度与稳定性很大程度上决定了微力测量及溯源的成功与否，各国的方案各不相同，且各有利弊，很难同时达到较高的稳定性和灵敏度。

此外，国内近两年也在该领域展开了探索，如弹簧悬挂式、轴承侧卧式静电力发生装置 J，并形成了初步成果，但其测量精度都由于力学传递机构的灵敏度与稳定性缺陷，以及最小标准砝码等限制，难以进-步提高。从国内外对微小力测量与溯源领域的研究来看，微力感应与传递机构是限制微小力测量与溯源精度的主要因素之-，可见微力传递机构是微小力测量与溯源装置成功与否的关键。

以下介绍-种正在探索的基于扭转杠杆原理的微力测量及溯源技术，本文的重点在于对小刚度的微小力传动机构的创新性探索。

1 扭转式微力测量及溯源系统原理及装置本装置是基于静电力的基本原理来进行的，采用静电力原理复现力值，以静电力平衡杠杆作为微力感应与传递机构，通过 sI中的长度量和电学量相结合，进行力值测量与溯源。系统原理示意如图 1所示。

静电力的产生部分是-个变截面型的圆柱形电容器，该电容器由-组同轴圆柱形电极构成，其中外电极通过组合平移台固定，而内电极可以随杠杆沿竖直方向项 目来源：天津市自然科学基金项 目(09JCYBJCO5200，10JCYBJC06600)；精密测试及仪器国家重点实验室开放基金项 目收稿日期：2012-11-24 修改日期：2013-02-21