[实用新型]润滑介质膜厚度测量仪

说明书

本实用新型涉及一种新型的润滑介质膜厚度测量仪，属长度计量技术领域。

润滑介质膜厚度测量是研究流体润滑性能必不可少的手段，对评价润滑介质的特性意义重大。利用光干涉原理测量润滑膜厚度是目前各种膜厚测试技术中较为成熟的一种方法，它可以直接观察到油膜形状的全貌。卡麦龙等人研制的光干涉膜厚测量仪最具有代表性，图1是该仪器的光干涉法原理图。如图所示，用一束平行光1自上而下沿油膜厚度方向射向测量区，在镀铬层形成第一束反射光2，在钢球表面形成第二束反射光3，这两束光形成相干光。4是钢球，5是玻璃盘，6是润滑介质，根据相干光产生的干涉条纹，即能通过光程差推导出油膜厚度分布。这种测量方法有两个很大的局限：（1）只能测量厚度大于四分之一光波长（约0.1微米即100纳米）的油膜；（2）分辨率只能达到50纳米，远不能满足超薄油膜研究的需要。

本实用新型的目的是设计一种新型的润滑介质膜厚度测量仪，提高测量分辨率，而且能够测量超薄油膜。

本实用新型的内容是：润滑介质膜厚度测量仪由钢球、玻璃盘、光源、驱动机构、显微镜、光探测器、计算机和图象监视器组成。润滑介质膜置于钢球和玻璃盘之间，玻璃盘与驱动机构相对固定安装，当驱动机构工作时，玻璃盘与钢球之间产生相对运动，因而形成一定厚度的油膜。光源置于玻璃盘的一侧，显微镜置于玻璃盘的另一侧。光探测器置于显微镜的后方，当光源发出的入射光经过玻璃盘和油膜的反射进入显微镜，光探测器接收到显微镜的光强信号，并将此信号传递给计算机和图象监视器，通过计算反射光强度的变化即可得出油膜厚度。

附图说明：

图1是已有技术测试原理图。

图2是本实用新型结构示意图。

图3是常数hm标定方法示意图。

下面结合附图，详细介绍本实用新型的测试原理和操作过程。图2中，7是玻璃盘，8是钢球，9是托杯，10是光源，11是驱动机构，12是保持架，它使玻璃盘固定其上，并与驱动机构11同轴安装并转动。13是润滑介质，14是显微镜，15是光探测器，16是计算机，17是图像监视器。

本实用新型的测试原理是：由于玻璃盘与钢球之间有相对运动（滚动或滑动），它们之间形成一定厚度的油膜。入射光在油膜与玻璃盘下表面之间的界面上发生全反射。在全反射条件下，光波不是绝对地在界面上被全部反射回第一介质（玻璃盘），而是透入第二介质（润滑油）很小的深度后返回第一介质。当钢球表面与玻璃盘之间的距离即油膜厚度非常小时，钢球表面将吸收一部分光波的能量，使反射光强度减弱。油膜厚度与反射光强之间有确定的单调的函数关系，在仪器的结构确定后，反射光强度与油膜厚度的函数关系可以用下面的简化式子表示：

h = ( R - R 0 ) h 2 m 1 - R 0 - - - ( 1 ) ]]>

    其中：R为反射率，即反射光强与入射光强之比，

h为油膜厚度，

Ro为膜厚度等于零时的反射率，

hm为一常数，其标定方法如图3所示，图中，18是玻璃盘，19是量规，α是楔角。仪器调整好后，用一量规取代钢球，经过适当装卡，使规与玻璃盘表面之间形成一个楔角很小的油楔，用光干涉方法确定油楔的斜度，将仪器调整到正常测量状态，从接触点（膜厚为零）开始，沿油楔方向搜索，当反射率增大到1时，所对应的油膜厚度即为hm。

使用本测量仪测量油膜厚度的步骤如下：

（1）将钢球远离玻璃盘，由于全反射没有遭到破坏，光探测器所探测的光强度与入射光相同，将探测结果输入计算机并存储。

（2）将钢球与玻璃盘表面发生接触，探测反射光强度并将数据存入计算机。

（3）将（2）的结果与（1）的结果相比则得到Ro