由于以前的测量仪器不能在重载测量的同时进行摩擦力测量，此外也不能对润滑剂的温度进行有效控制，根据纳米摩擦学研究发展的实际需求，研制了高压微间隙摩擦测试仪。该测试仪运用相对光强测量的原理，可以进行全浸泡、半浸泡2种润滑方式下的摩擦学性能测试；通过增加球驱动装置，利用摩擦力精密测量装置，可测定不同滑擦比下的摩擦力；运用计算机实现了加载、温控的自动化。总体设计设计的高压微间隙摩擦测试仪整体结构示意图。如模拟点接触摩擦副的运动状态；膜厚度测量系统，可实时测量润滑液体形成润滑膜的厚度；摩擦力测试系统，可测量球与盘在不同滑擦比下的摩擦力；温控系统，用于模拟不同的实验温度环境。机械部分的主要目的是实现稳定的纳米级薄膜润滑状态以及摩擦副间精确的相对运动关系。高精度无刷交流伺服电机通过联轴器带动高精度主轴旋转，从而实现盘可在11000r/min转速范围内的稳定转动。
杯体主要用于存放实验用液体，同时连接球驱动机构和加载机构，为了便于加工定位，以提高油杯中各结构的位置精度，油杯设计成内圆外方形。在实现油杯与主轴间动密封时，采用了机械密封与骨架油封密封两种方式。设计了杯体下部为中空结构，用于安放温控装置，实现对杯内液体的加热及保温。为减少用于实验的液体，在最大限度的减小杯体内径的同时，设计了锥形底面，在保持液面一定的情况下，减少了液体的需用量，同时，在更换液体时，便于将杯体内液体排净。
加载机构主要用于对摩擦副施加载荷，由于本测试仪的最大工作压力为3GPa，普通的摩擦副材料已不能满足强度要求，常用的杠杆砝码加载方式在高速条件下已不再适用。本测试仪根据载荷要求，对摩擦副进行了选择设计，对加载机构进行了优化。触应力对应曲线（用于重载实验的盘一般为蓝宝石盘或石英盘，滚动体一般为GCr15球、氮化硅球和碳化钨球，各种材料室温（20）时的有关物理量。当赫兹接触应力为3GPa时，不同摩擦副材料相匹配、不同球直径相应需要的载荷见表2所示。不同配副最大赫兹接触应力、施加载荷、赫兹区接触直径及球直径之间的关系。综合以上分析，本测试仪最终选用直径为1905mm的GCr15球与蓝宝石盘相配。
膜厚测量系统测量系统由显微镜、CCD、图像采集卡、计算机和冷光源等组成，膜厚测量原理如所示。膜厚测量系统是应用相对光强原理进行设计的。摩擦力测试系统摩擦力测试系统主要采用电机联接扭矩传感器带动球转动。根据小球处于玻璃盘径向的不同位置、玻璃盘的不同转速及测试要求，通过计算机设定球驱动电机的转速，依据扭矩平衡原理，可以测得不同状态下，小球与玻璃盘之间的摩擦力。M1=M2可得到：F=M2/R（6）式中：F为球与盘之间的摩擦力；R为球半径；M1摩擦力对球的摩擦力矩；M2为扭矩仪测得扭矩。由于扭矩仪的测量精度为0001Nm，球直径为1905mm，由式可得，该摩擦力测试系统的测量精度为0.1N。为了更好地满足机械性能要求，球与球驱动轴间通过滑键实现柔性联接，在实现球驱动机构带动球转动的同时，也可满足球沿玻璃盘径向位置的调整。
温控系统温控系统分为盘加热装置和液体加热装置，主要用于模拟不同的实验温度环境。温控原理如所示。本系统利用2块温控表对可控硅发出控制信号，从而实现对盘加热装置和液体加热装置进行温控。温控表通过通信口与计算机相连，计算机中的相关软件能够实时显示温度传感器测得的温度，并能够设定加热装置的目标值。