徐　立，郑培亮，李　倩，黄振宇

叉指状微小力装置力学特性的数值模拟与分析

徐立1，2，郑培亮1，2，李倩2，黄振宇1，2

（1.广东省现代几何与力学计量重点实验室，广东广州510405；2.广东省计量科学研究院，广东广州510405）

针对电容式微小力装置极板间距测量误差对输出结果影响较大问题，采用理论分析与数值模拟相结合，分析一种能大幅减小极板间距测量不确定度对输出微小力影响的新型叉指状微小力装置。重点探讨不同叉指重叠长度、加载电压、间距和厚度等条件下，装置输出微小力特性。结果表明：叉指参数满足一定关系，叉指重叠长度变化对输出微小力几乎无影响；输出微小力与加载电压平方以及叉指厚度成正比；随着叉指间隙增大，输出微小力迅速减小。该装置对简化电容式微小力源装置极板间距测量与位置控制附加机构、微小力源装置设计均具有参考价值。

叉指电容；力学特性；数值模拟；微小力

doi：10.11857/j.issn.1674-5124.2015.09.026

0引言

力是最基本的物理量之一，经过数十年的发展，国内外已建立起比较完善的计量溯源体系。目前建立的计量标准包括大力值（1～20MN）和中小力值（10N～1MN）；对小力和微力的计量目前尚未建立相应量值溯源体系，应用中一般以标准砝码重力来衡量［1-3］。对微小力测量与量值溯源技术，各国计量科研机构均在进行研究。美国国家标准技术研究院（NIST）基于电力学原理，利用静电力方式获得微小标准力，其标称范围可达10nN～10mN，通过与1mg、10mg标准砝码自重相比较，相对误差为10-4量级［4］。……