Εισαγωγή
Η λέξη "ρεολογία" αποτελείται από τα δύο ελληνικά στελέχη "ρεός" (ρέω) και "-λογία" (επιστήμη). Αναφέρεται στη μελέτη της συμπεριφοράς ροής και παραμόρφωσης των υλικών υπό ορισμένες συνθήκες (θερμοκρασία, ρυθμός διάτμησης κ.λπ.). Για τα περισσότερα υλικά, οι ιδιότητες αυτές εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την ταχύτητα της διαδικασίας. Για παράδειγμα, σε γενικές γραμμές, τα πολυμερή είναι διατμητικά αραιά, δηλαδή το διατμητικό ιξώδες τους, ή η αντίστασή τους στη ροή, μειώνεται με την αύξηση της ταχύτητας διάτμησης. Αντίθετα, ορισμένα υλικά παρουσιάζουν διατμητική συμπεριφορά. Ένα παράδειγμα classic από την κουζίνα είναι ένα εναιώρημα αμύλου με νερό. Με αργή κίνηση, μπορεί να αναμιχθεί- ένα πιο γρήγορο χτύπημα οδηγεί σε μεγάλη αύξηση του διατμητικού ιξώδους και η διασπορά γίνεται σκληρή.
Λόγω αυτής της βαριάς εξάρτησης του ρυθμού διάτμησης στις ρεολογικές ιδιότητες, ο χαρακτηρισμός πρέπει να πραγματοποιείται υπό συνθήκες προσανατολισμένες στη διαδικασία για να είναι καθοριστικός. Διατίθενται δύο μέθοδοι μέτρησης. Ενώ το τριχοειδές ρεόμετρο Rosand αποτυπώνει τις συνθήκες των γρήγορων διεργασιών, όπως η χύτευση με έγχυση, το περιστροφικό ρεόμετρο Kinexus είναι κατάλληλο για εφαρμογές με βραδύτερο ρυθμό διάτμησης, όπως η ροή της κέτσαπ από το μπουκάλι και η δομική της σύσταση στην πλάκα.
Το περιστροφικό ρεόμετρο Kinexus διαθέτει επίσης, για τις μετρήσεις αυτές, έναν ευαίσθητο αισθητήρα κανονικής δύναμης με υψηλή ανάλυση δύναμης, με τον οποίο μπορεί να μετρηθεί η δύναμη σε κατακόρυφη κατεύθυνση. Αυτό, σε συνδυασμό με την υψηλή ανάλυση μετατόπισης και τον υψηλό ρυθμό δεδομένων, επιτρέπει την ποσοτικοποίηση της αισθητηριακής αντίληψης εκτός από τις κλασικές ρεολογικές έρευνες. Για παράδειγμα, το Kinexus μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση των κινήσεων της γλώσσας έναντι του ουρανίσκου όταν η σοκολάτα λιώνει στο στόμα (δείτε εδώ για περισσότερες πληροφορίες).
Στη συνέχεια, η ρύθμιση της κανονικής δύναμης του Kinexus θα χρησιμοποιηθεί για την ποσοτικοποίηση της απτικής συμπεριφοράς ενός πληκτρολογίου από πλαστικό φύλλο.
Καθήκον και στόχος
Για ένα έργο ανάπτυξης νέου προϊόντος, πρόκειται να χρησιμοποιηθεί ένα νέο πληκτρολόγιο από πλαστικό φύλλο αλουμινίου. Ο διακόπτης του με το μπουτόν πρέπει να έχει την ίδια απτική ανάδραση με τους διακόπτες του σειριακού πληκτρολογίου από πλαστικό φύλλο σε προηγούμενα προϊόντα. Για να επιτευχθεί αυτό, η δύναμη ενεργοποίησης του σειριακού πληκτρολογίου από πλαστικό φύλλο προσδιορίζεται με τη χρήση του ρευματομέτρου περιστροφής Kinexus και αυτή καθορίζεται ως μετρική για το νέο πληκτρολόγιο από πλαστικό φύλλο.
Δείγματα και μέθοδοι μέτρησης
Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν στους τέσσερις διακόπτες του πληκτρολογίου από πλαστικό φύλλο που απεικονίζεται στο σχήμα 1. Οι διακόπτες κατονομάζονται στον πίνακα 1 σύμφωνα με τα σύμβολά τους.
Πίνακας 1: Ονομασία των τεσσάρων διακοπτών
| Ονομασία | Σύμβολο |
|---|---|
| Διακόπτης 1 | Βέλος |
| Διακόπτης 2 | Ήλιος |
| Διακόπτης 3 | Γραμμές |
| Διακόπτης 4 | Εφεδρεία |
Το πληκτρολόγιο από πλαστικό φύλλο πριονίστηκε σε δύο μέρη για τη δοκιμή, προκειμένου να αποφευχθεί η ανατροπή του κατά τη διάρκεια της έρευνας. Επιπλέον, αφαιρέθηκε το καλώδιο flex. Το προετοιμασμένο πληκτρολόγιο πλαστικού φύλλου τοποθετήθηκε στην κάτω πλάκα μέτρησης του περιστροφικού ρεομέτρου Kinexus (βλέπε σχήμα 2).
Στο επιτόπιο τμήμα κατασκευής πρωτοτύπων για τη μηχανική κατασκευή, μια γεωμετρία πλάκας μιας χρήσης 8 mm από αλουμίνιο περιστράφηκε κατά 5,4 mm (βλ. εικόνα 3). Αυτό αποσκοπούσε στο να διασφαλιστεί ότι μετρούσε αποκλειστικά ο διακόπτης.
Η ανώτερη γεωμετρία μέτρησης οδηγήθηκε μέχρι το πληκτρολόγιο. Στη συνέχεια, το πληκτρολόγιο προσανατολίστηκε με τέτοιο τρόπο ώστε η γεωμετρία μέτρησης να βρίσκεται πάνω από έναν διακόπτη με μπουτόν (βλέπε σχήμα 4).
Πραγματοποιήθηκαν τρεις μετρήσεις ανά διακόπτη. Για το σκοπό αυτό, εφαρμόστηκε μια προκαταρκτική δύναμη (συμπίεση). Σε αυτό το σημείο, η τιμή της μετατόπισης μηδενίζεται. Στη συνέχεια, ορίζεται μια μέγιστη τιμή δύναμης στην οποία τερματίζεται η δοκιμή από το λογισμικό μέτρησης και αξιολόγησης, rSpace. Μετά την επίτευξη της προκαταρκτικής δύναμης, το σύστημα μέτρησης κινείται με ταχύτητα 0,01 mm/s προς το πληκτρολόγιο του πλαστικού φύλλου μέχρι να επιτευχθεί η μέγιστη δύναμη.
Στο σχήμα 5, ως παράδειγμα, απεικονίζεται το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης που προκύπτει. Η δύναμη ενεργοποίησης εμφανίζεται ως τοπικό μέγιστο. Μετά την υπέρβαση της δύναμης ενεργοποίησης, απαιτείται μικρότερη δύναμη για το πάτημα του πλήκτρου, έως ότου αυτό ωθηθεί κατά το χτύπημα- η δύναμη στη συνέχεια αυξάνεται γραμμικά έως ότου επιτευχθεί η τιμή διακοπής της δύναμης.
Αποτελέσματα μέτρησης
Το Σχήμα 6 παρουσιάζει το διάγραμμα φορτίου-μετατόπισης για τους τρεις διακόπτες με μπουτόν. Στον άξονα y απεικονίζεται η δύναμη και στον άξονα x η μετατόπιση. Οι τρεις καμπύλες που εμφανίζονται με άλλα χρώματα για κάθε διάγραμμα απεικονίζουν τις τρεις δοκιμές ανά διακόπτη.
Στο σχήμα 7 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των μετρήσεων της εργαστηριακής δοκιμής. Στον άξονα y απεικονίζεται η δύναμη ενεργοποίησης. Στον άξονα x απεικονίζονται οι αντίστοιχοι διακόπτες με μπουτόν. Στο σχήμα 6 παρουσιάζεται η αξιολόγηση των τοπικών μεγίστων.
Πραγματοποιήθηκε περαιτέρω δοκιμή με αυξημένη ταχύτητα δοκιμής, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχει απόκλιση large λόγω της ταχύτητας δοκιμής (βλέπε σχήμα 8). Εδώ, ωστόσο, δεν υπήρχαν διαφορές στη δύναμη ενεργοποίησης. Οι διαφορές στην εξέλιξη της δύναμης βρίσκονται εντός του εύρους αναπαραγωγιμότητας (βλέπε επίσης σχήμα 6).
Επιπλέον, δοκιμάστηκαν εναλλακτικά πληκτρολόγια. Αποκλίσεις παρατηρούνται στην εξέλιξη της δύναμης και στις δυνάμεις ενεργοποίησης, όπως φαίνεται στο σχήμα 9 με ένα εναλλακτικό παράδειγμα.
Περίληψη
Χάρη στην ευαίσθητη ρύθμιση της κανονικής δύναμης και τον υψηλό ρυθμό δεδομένων του, το περιστροφικό ρευματογράφο Kinexus χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της απτικής συμπεριφοράς τεσσάρων διακοπτών μπουτόν ενός πληκτρολογίου από πλαστικό φύλλο. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η δύναμη ενεργοποίησης μπορεί να μετρηθεί αναπαραγωγικά. Αυτό επιτρέπει τον προσδιορισμό ενός προτύπου για την απτική ανάδραση και τη σύγκριση με εναλλακτικές λύσεις.
Ακρίβεια, Καινοτομία, Εμπιστοσύνη - Τεχνολογία μέτρησης από τη WIKA
Για περισσότερα από 75 χρόνια, η WIKA αντιπροσωπεύει την ακρίβεια και την καινοτομία στην τεχνολογία μέτρησης. Ως κορυφαίος παγκόσμιος συνεργάτης, η WIKA προσφέρει λύσεις για τη μέτρηση πίεσης, θερμοκρασίας, δύναμης, στάθμης και ροής, καθώς και για τη βαθμονόμηση και τη διαχείριση αερίου SF6.
Με περίπου 11.200 υπαλλήλους παγκοσμίως, η WIKA αναπτύσσει λύσεις για συγκεκριμένες εφαρμογές σε συνεργασία με πανεπιστήμια και βιομηχανικές εταιρείες. Τα προϊόντα και τα συστήματά της συνδυάζουν την αξιοπιστία με την τεχνολογία αιχμής - για την πρόοδο των πελατών και των συνεργατών της.
Εκτός από το περιστροφικό ρεόμετρο Kinexus, η WIKA συνεργάζεται με το DMA 303 Eplexor®® και το TMA 402 F3 Hyperion®®. Και οι δύο μέθοδοι χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των θερμοκρασιών λειτουργίας πολυμερών και υλικών και για τη συμπλήρωση των τεχνικών δελτίων δεδομένων για προσομοίωση.