Introducere
Cuvântul "reologie" este compus din cele două rădăcini grecești "rheos" (a curge) și "-logy" (știință). Se referă la studiul comportamentului de curgere și deformare a materialelor în anumite condiții (temperatură, rată de forfecare etc.). Pentru majoritatea materialelor, aceste proprietăți depind în mare măsură de viteza procesului. De exemplu, în general, polimerii se diluează prin forfecare, adică vâscozitatea lor la forfecare, sau rezistența la curgere, scade odată cu creșterea vitezei de forfecare. În schimb, unele materiale prezintă un comportament de întindere prin forfecare. Un exemplu classic din bucătărie este o suspensie de apă și amidon. Cu o mișcare lentă, aceasta poate fi amestecată; o bătaie mai rapidă duce la o creștere puternică a vâscozității de forfecare, iar dispersia devine dură.
Datorită acestei dependențe puternice a vitezei de forfecare asupra proprietăților reologice, caracterizarea trebuie efectuată în condiții orientate spre proces pentru a fi decisivă. Sunt disponibile două metode de măsurare. În timp ce reometrul capilar Rosand surprinde condițiile proceselor rapide, cum ar fi turnarea prin injecție, reometrul rotațional Kinexus este potrivit pentru aplicații cu o rată de forfecare mai lentă, cum ar fi curgerea ketchup-ului din sticlă și constituirea sa structurală pe placă.
Reometrul rotațional Kinexus are, de asemenea, pentru aceste măsurători, un senzor sensibil de forță normală cu rezoluție ridicată a forței, cu ajutorul căruia forța poate fi măsurată în direcție verticală. Acest lucru, combinat cu o rezoluție ridicată a deplasării și o rată mare de date, permite cuantificarea percepției senzoriale pe lângă investigațiile reologice clasice. De exemplu, Kinexus poate fi utilizat pentru a simula mișcările limbii față de palat atunci când ciocolata se topește în gură (pentru mai multe informații, a se vedea aici ).
În cele ce urmează, reglarea forței normale a Kinexus va fi utilizată pentru a cuantifica comportamentul haptic al unei tastaturi din folie de plastic.
Sarcină și obiectiv
Pentru un proiect de dezvoltare a unui nou produs, se intenționează utilizarea unei noi tastaturi din folie de plastic. Comutatorul său cu buton trebuie să aibă același feedback tactil ca și comutatoarele tastaturii seriale din folie de plastic de pe produsele anterioare. Pentru a realiza acest lucru, forța de declanșare a tastaturii seriale din folie de plastic este determinată cu ajutorul reometrului rotațional Kinexus, iar aceasta este specificată ca măsură pentru noua tastatură din folie de plastic.
Eșantioane și metode de măsurare
Măsurătorile au fost efectuate pe cele patru comutatoare ale tastaturii din folie de plastic descrise în figura 1. Comutatoarele sunt denumite în tabelul 1 în conformitate cu simbolurile lor.
Tabelul 1: Desemnarea celor patru comutatoare
| Denumire | Simbol |
|---|---|
| Comutator 1 | Săgeată |
| Comutator 2 | Soare |
| Comutator 3 | Linie |
| Comutator 4 | Standby |
Tastatura din folie de plastic a fost tăiată în două părți pentru test, pentru a evita răsturnarea în timpul anchetei. În plus, cablul flexibil a fost îndepărtat. Tastatura din folie de plastic pregătită a fost așezată pe placa de măsurare inferioară a reometrului rotațional Kinexus (a se vedea figura 2).
În cadrul Departamentului de prototipuri la fața locului pentru fabricarea mecanică, geometria unei plăci de unică folosință de 8 mm din aluminiu a fost rotită cu 5,4 mm (a se vedea figura 3). Acest lucru a fost menit să asigure măsurarea exclusivă a comutatorului.
Geometria de măsurare superioară a fost condusă până la tastatură. Ulterior, tastatura a fost orientată astfel încât geometria de măsurare să fie poziționată deasupra unui comutator cu buton (a se vedea figura 4).
Au fost efectuate trei măsurători pentru fiecare comutator. Pentru aceasta, a fost aplicată o forță preliminară (compresie). În acest moment, valoarea deplasării este setată la zero. Ulterior, este definită o valoare maximă a forței la care testul este încheiat de software-ul de măsurare și evaluare, rSpace. După atingerea forței preliminare, sistemul de măsurare se deplasează cu o viteză de 0,01 mm/s spre tastatura foliei de plastic până la atingerea forței maxime.
În figura 5, ca exemplu, este prezentată diagrama sarcină-deplasare rezultată. Forța de declanșare apare ca un maxim local. După depășirea forței de declanșare, este nevoie de mai puțină forță pentru apăsarea butonului, până când acesta este împins prin lovire; ulterior, forța crește liniar până când este atinsă valoarea de oprire a forței.
Rezultatele măsurătorilor
Figura 6 prezintă diagrama sarcină-deplasare pentru cele trei comutatoare cu buton. Pe axa y este indicată forța, iar pe axa x este indicată deplasarea. Cele trei curbe prezentate în alte culori pentru fiecare diagramă reprezintă cele trei teste pentru fiecare comutator.
Figura 7 prezintă rezultatele măsurătorilor din cadrul testului de laborator. Pe axa y este indicată forța de declanșare. Pe axa x sunt indicate comutatoarele cu buton respective. În figura 6, este prezentată evaluarea maximelor locale.
A fost efectuat un alt test cu o viteză de testare mai mare pentru a se asigura că nu există nicio abatere large datorată vitezei de testare (a se vedea figura 8). Cu toate acestea, aici nu au existat diferențe în ceea ce privește forța de declanșare. Diferențele în evoluția forței se încadrează în intervalul de reproductibilitate (a se vedea și figura 6).
În plus, au fost testate tastaturi alternative. Abaterile pot fi observate în progresia forței și în forțele de împiedicare, după cum se arată în figura 9 cu un exemplu alternativ.
Rezumat
Datorită reglării sensibile a forței normale și a ratei ridicate de date, reometrul rotațional Kinexus a fost utilizat pentru a determina comportamentul haptic a patru comutatoare cu buton ale unei tastaturi din folie de plastic. Rezultatele arată că forța de declanșare poate fi măsurată reproductibil. Acest lucru permite determinarea unui standard pentru feedback tactil și compararea cu alternative.
Precizie, inovație, încredere - Tehnologia de măsurare WIKA
De mai bine de 75 de ani, WIKA reprezintă precizie și inovație în tehnologia de măsurare. În calitate de partener global de top, WIKA oferă soluții pentru măsurarea presiunii, temperaturii, forței, nivelului și debitului, precum și pentru calibrare și gestionarea gazelor SF6.
Cu aproximativ 11 200 de angajați în întreaga lume, WIKA dezvoltă soluții pentru aplicații specifice în colaborare cu universități și companii industriale. Produsele și sistemele sale combină fiabilitatea cu tehnologia de ultimă oră - pentru progresul clienților și partenerilor săi.
În plus față de reometrul rotațional Kinexus, WIKA lucrează cu DMA 303 Eplexor®® și cu TMA 402 F3 Hyperion®®. Ambele metode sunt utilizate pentru a determina temperaturile de funcționare ale polimerilor și materialelor și pentru a completa fișele tehnice pentru simulare.