專利名稱：容柵式數(shù)顯杠桿表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量微小位移的數(shù)顯杠桿表，尤指一種用電容角位移傳感器原理制作的數(shù)顯杠桿表。
杠桿表作為一種微小位移的指零儀表，使用起來很方便，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。目前市場上供應(yīng)的杠桿表以機(jī)械指針式為主，指針形式杠桿表具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，不需電源即可工作的優(yōu)點(diǎn)，其不是之處是讀數(shù)不夠直觀，不能適應(yīng)現(xiàn)代的數(shù)字化。自動化的測量控制的需要。為此，美國數(shù)字檢驗(yàn)有限公司率先推出了一種數(shù)顯杠桿表，讀數(shù)用液晶顯示屏，并具有數(shù)字輸出接口，可與微機(jī)連接進(jìn)行自動測量記錄和狀態(tài)監(jiān)控，其工作原理是用電位器將杠桿的角位移量轉(zhuǎn)變成電阻值和電壓值的變化量，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進(jìn)行測量顯示。用電位器作傳感器的缺點(diǎn)是需經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換使得測量電路較復(fù)雜，電位器電觸點(diǎn)的滑動磨擦又容易導(dǎo)致傳感器工作不穩(wěn)定和壽命較短。
本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有杠桿表的不足，尋求另一種技術(shù)方案的數(shù)顯杠桿表，以簡化電路并提高杠桿表的穩(wěn)定性和工作壽命。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種數(shù)顯杠桿表包括測量電路板、數(shù)字顯示屏和通過軸承安裝在基座上的杠桿轉(zhuǎn)動中心軸，該軸的一端安裝有具有測量觸頭的測量杠桿，另一端安裝著具有撥叉或齒輪作為傳動件的傳動杠桿，通過撥叉與撥桿的耦合或通過齒輪與齒輪的嚙合，帶動一個具有撥桿或齒輪的角位移傳感器，其特征在于由杠桿帶動的角位移傳感器是容柵式角位移傳感器，它是由具有發(fā)射電極和接收電極的定柵和作為感應(yīng)電極的動?xùn)乓砸欢ǖ拈g隙面對面平行同心安置構(gòu)成。
作為感應(yīng)電極的動?xùn)疟话仓迷谝粓A轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤可相對基座轉(zhuǎn)動，安裝方式有兩種一種方式是轉(zhuǎn)盤上裝有軸承，讓轉(zhuǎn)盤繞一根固定在基座上的軸轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動中心軸線垂直于容柵傳感器的動?xùn)藕投琶娌⒋┻^動?xùn)藕投诺膱D形中心；另一種方式是轉(zhuǎn)盤固定在一根轉(zhuǎn)軸上，該轉(zhuǎn)軸可相對基座轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)軸與基座之間安置有軸承，其轉(zhuǎn)動中心軸線垂直于容柵傳感器的動?xùn)藕投琶娌⒋┻^動?xùn)藕投藕蛨D形中心。前一種方式只能在轉(zhuǎn)盤上安置撥桿或齒輪與傳動杠桿耦合，后一種方式則既可在轉(zhuǎn)盤上也可在轉(zhuǎn)軸上安置撥桿或齒輪與傳動杠桿耦合。
包括容柵傳感器發(fā)射電極與接收電極的定柵制作在一印刷線路板上，該印刷線路板上還制作用測量電路并安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件成為具有測量電路的定柵板，該具有測量電路的定柵板與數(shù)字顯示屏之間的電氣的與機(jī)械的連接方式有兩種一是剛性地連成一體，二是柔性地連成一體，三是柔性連接使得數(shù)字顯示屏可相對具有測量電路的定柵板翻動，以便調(diào)節(jié)視角方便觀察者讀數(shù)。
具有測量電路的定柵板安裝在基座上的第一種方式是直接固定在基座上，當(dāng)數(shù)字顯示屏與具有測量電路的定柵板之間為剛性連接，則數(shù)字顯示屏相對基座是固定的，當(dāng)數(shù)字顯示屏與具有測量電路的定柵板為柔性連接，則數(shù)字顯示屏可相對基座翻動來調(diào)節(jié)視角。具有測量電路的定柵板安裝在基座上的第二種方式是通過軸承裝上基座上，可相對基座作360°轉(zhuǎn)動，該軸承可以就安裝在固定于基座上的動?xùn)艌A轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)軸上，也可以裝在基座的其他位置上，但具有測量電路的定柵板的轉(zhuǎn)動中心軸線總是要與動?xùn)艌A轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動中心軸線重合，即是說定柵板的轉(zhuǎn)動中心軸線應(yīng)垂直于容柵傳感器的動?xùn)藕投琶娌⒋┻^動?xùn)藕投诺膱D形中心，使得定柵板轉(zhuǎn)動到任何位置只是零點(diǎn)位置發(fā)生了變化，容柵角位移傳感器的性能參數(shù)仍保持不變。數(shù)字顯示屏與可轉(zhuǎn)動的定柵板的電氣與機(jī)械的連接方式可以是剛性的也可以是柔性的，當(dāng)為剛性連接，數(shù)字顯示屏與定柵板可一起繞動?xùn)排c定柵的中心軸相對基座作360°轉(zhuǎn)動，便于從不同方位來讀數(shù)，當(dāng)為柔性連接，則數(shù)字顯示屏相對基座既能與定柵板一起作360°轉(zhuǎn)動，又能相對基座翻動，觀察的方位與視角均可調(diào)節(jié)，讀數(shù)就更為方便。
上述用雙面或多層印刷線路板技術(shù)將定柵板與測量電路板合二為一(成為具有測量電路的定柵板)的方案，具有傳感器與測量電路電氣連線可靠，結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，還能減少電磁干擾的影響。另一種方案是定柵板與測量電路板分離，讓定柵板與動?xùn)呸D(zhuǎn)盤組成一個獨(dú)立的容柵傳感器，測量電路板與數(shù)字顯示屏連成一體組成一個獨(dú)立的測量顯示模塊，兩者間靠電纜進(jìn)行電氣連接，這種方案的優(yōu)點(diǎn)是測量顯示模塊安裝在基座上的方式不受傳感器的約束，測量顯示模塊可安裝在基座上任一位置，可繞任一設(shè)定軸轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)觀察方位，可沿任一設(shè)定方向翻轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)視角。
容柵角位移傳感器的包括發(fā)射電極與接收電極的定柵以及作為感應(yīng)電極的動?xùn)诺男螤钭詈唵螌?shí)用的是圓形，當(dāng)發(fā)射電極為8N個，則感應(yīng)電極為N個，N為正整數(shù)，每個發(fā)射電極柵張的扇面角為2π/8N，為了使普通數(shù)顯卡尺的集成電路(IC)能用于數(shù)顯杠桿表，應(yīng)滿足2πRLo/8NLi=0.635mm(對分辯率為0.01mm杠桿表)或2πRLo/8NLi=0.0635mm(對分辯率為0.001mm)，其中R是動?xùn)艌A轉(zhuǎn)盤中心到傳動杠桿與角位移傳感器的傳動耦合接觸點(diǎn)的距離，Lo為杠桿轉(zhuǎn)動中心到測量杠桿上測量頭觸點(diǎn)的距離，Li為杠桿轉(zhuǎn)動中心到傳動杠桿與角位移傳感器的傳動耦合接觸點(diǎn)的距離。對撥叉?zhèn)鲃?，R就是轉(zhuǎn)盤中心到撥桿中心的距離，Li就是杠桿轉(zhuǎn)動中心到杠桿撥叉與撥桿的觸點(diǎn)的距離；對齒輪嚙合傳動，R就是傳感器上的從動齒輪的分度圓半徑，Li就是傳動杠桿上的主動齒輪的分度圓半徑。


圖1為園容柵電極形狀的舉例示意圖，應(yīng)用容柵作杠桿表的傳感器是本發(fā)明的主要特征。
圖2是本發(fā)明的第1實(shí)施例，示意出了本杠桿表中杠桿、容柵傳感器，回零游絲和LCD顯示器的結(jié)構(gòu)與安裝位置以及撥叉?zhèn)鲃雍陀谓z回零的相互耦合關(guān)系。
圖3是本發(fā)明的第2實(shí)施例，出意出了杠桿表的整體結(jié)構(gòu)以及齒輪傳動和游絲回零的相互耦合關(guān)系。
圖4是本發(fā)明的第3實(shí)施例由的結(jié)構(gòu)示意圖，其特征是撥叉?zhèn)鲃樱徊鎻椈苫亓?，顯示屏可相對基座旋轉(zhuǎn)任何方位。
圖5是本發(fā)明的第4實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其特征是撥叉?zhèn)鲃樱徊鎻椈苫亓?，LCD顯示屏垂直于定柵、動?xùn)虐搴透軛U的轉(zhuǎn)動本面。
圖6是本發(fā)明的第5實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其特征是防水、防油、防塵密封式的、其LCD顯示屏相對杠桿轉(zhuǎn)動本面有一夾角且顯示屏相對基座可360°旋轉(zhuǎn)，傳動用撥叉，回零用交叉彈簧。
圖7是本發(fā)明的第6實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其特征是撥叉?zhèn)鲃樱煌馀c容柵傳感器一體預(yù)裝的交叉彈簧回零，LCD顯示屏垂直于杠桿轉(zhuǎn)動平面。
圖8是本發(fā)明的第7實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其特征為齒輪轉(zhuǎn)動，腔外與容柵傳感器一體預(yù)裝的交叉彈簧回零，LCD顯示屏垂直于杠桿轉(zhuǎn)動平面。
圖9是本發(fā)明的第8實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其特征為齒輪傳動，腔外與容柵傳感器一體預(yù)裝的交叉彈簧回零，LCD顯示屏可在270°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸基本上沿測量杠桿。
園容柵角位移傳感器的電極形狀如圖1所示。圖1a是N=2的定柵和動?xùn)牛?01是發(fā)射柵，102為接收柵，103為感應(yīng)柵。圖1b是N=4的定柵和動?xùn)牛?11為發(fā)射柵，112為接收柵，113為感應(yīng)柵。圖1c是N=4的另一種形狀的定柵和動?xùn)?。與圖1b不同之處在于發(fā)射與接收柵的位置交換了，121為發(fā)射柵，122為接收柵，123為感應(yīng)柵。
本發(fā)明的實(shí)施例之1見示意圖2。杠桿表的杠桿系統(tǒng)可繞軸AA轉(zhuǎn)動，它由裝在基座203上一對軸承208和杠桿轉(zhuǎn)軸202的無間隙配合實(shí)現(xiàn)。杠桿轉(zhuǎn)動202的左右兩邊分別安裝有測量杠桿201和撥叉杠桿204。杠桿表的角位移傳感器的中心軸線BB與杠桿的轉(zhuǎn)動中心軸線AA相平行。傳感器的動?xùn)艌@轉(zhuǎn)盤205固定在轉(zhuǎn)軸206上，轉(zhuǎn)軸206可在固定于基座203上的精密配合軸承207中轉(zhuǎn)動。通過轉(zhuǎn)軸206上的撥桿與杠桿204上的撥叉相耦合，杠桿201測頭的運(yùn)動就能帶動傳感器動?xùn)艌A轉(zhuǎn)盤205及其上的動?xùn)臥CB2轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)軸206上安裝有游絲209，游絲209的另一端安裝在軸承座207上，用來提供轉(zhuǎn)軸206的機(jī)械恢復(fù)力，以保持動?xùn)臥CB2機(jī)械零位的穩(wěn)定性。傳感器的定柵PCB1安裝在基座203上，動?xùn)臥CB2粘在轉(zhuǎn)盤205上，安裝得定柵與動?xùn)琶鎸γ嫫叫?都垂直于與軸BB)且同心(軸BB穿過定柵與動?xùn)诺膱D形中心)并有一小的間隙。本實(shí)施例的定柵與動?xùn)艦閳D1a所示的N=2的園容柵，動?xùn)排c定柵間的間隙為(0.1±0.05)mm，Li=42mmLo=21mm，R=3.234mm.滿足2πRLo/8NLi=0.635mm,杠桿表分辨率為0.01mm，使用普通數(shù)顯卡尺的專用集成電路(IC)。印刷線路板PCB1除制作了定柵之外，還制作有測量電路，安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件，成為具有測量電路的定柵板，它與液晶顯示屏LCD用導(dǎo)電膠條電氣相連接并一同固定安裝在塑料殼210上成為測量顯示模塊，該模塊相對基座203是位置固定的。
本發(fā)明的實(shí)施例之2見示意圖3。本實(shí)施例與圖2所示的杠桿表的結(jié)構(gòu)相同，杠桿系統(tǒng)由測量杠桿301、傳動杠桿304、杠桿轉(zhuǎn)軸302以及與轉(zhuǎn)軸302無間隙配合的軸承308組成。軸承308固裝在基座303上。杠桿轉(zhuǎn)動中心軸線AA與角位移傳感器中心軸線BB相平行，兩者相對基座的位置都是固定不變的。傳感器的動?xùn)艌@轉(zhuǎn)盤305固定在轉(zhuǎn)軸306上，轉(zhuǎn)軸306與固定在基座303上的軸承307無間隙配合，使轉(zhuǎn)軸306的轉(zhuǎn)動中心軸線BB不漂移。游絲309的兩端分別裝在轉(zhuǎn)軸306與軸承座307上以提供機(jī)械復(fù)零力。動?xùn)臥CB2裝在轉(zhuǎn)盤305上，定柵PCB1裝在基座303上，安裝得動?xùn)排c定柵間有一小的間隙而且面對面平行(都垂直于BB)同心(圖形中心都在BB線上)成為角位移傳感器。通過轉(zhuǎn)軸306上的齒輪與杠桿304上的齒輪相嚙合傳動。杠桿301測頭的運(yùn)動就能帶動動?xùn)臥CB2轉(zhuǎn)動。本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處主要在于用齒輪傳動代替撥叉?zhèn)鲃?，使得非線性誤差更小，而且轉(zhuǎn)軸306上齒輪的分度園半徑R可制作得更小，有利于杠桿表分辨率提高。本實(shí)施例N=4,R=0.8,Li/Lo=2.46,滿足2πRLo/8NLi=0.0635mm,分辨率為0.001mm(液晶顯示屏LCD增為四位數(shù)字)。另一個不同點(diǎn)為LCD與具有測量電路的定柵板PCB1的電氣連接為柔性連接(用柔性印刷線路或熱壓連接器)，塑料殼310與PCB1固定在基座303上，液晶顯示屏LCD鉸連接裝在塑料殼301上，使得液晶顯示屏LCD可相對基座翻動來調(diào)動視角。
本發(fā)明的實(shí)施例3見示意圖4。本實(shí)施例的特點(diǎn)是液晶顯示屏可相對基座360°轉(zhuǎn)動，以便從不同方位觀察讀數(shù)。本實(shí)施例杠桿表的杠桿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為杠桿轉(zhuǎn)軸405的左、右，兩邊分別安裝有測量杠桿401和撥叉杠桿406，轉(zhuǎn)軸405上嵌有一對滾珠軸承403，軸承403繞安裝在基座407上錐形軸尖404轉(zhuǎn)動，軸尖404是用螺紋安裝在基座407上的，其裝入深度可調(diào)節(jié)到軸尖與滾珠軸承無間隙配合，保證杠桿轉(zhuǎn)動軸線AA相對基座是固定的。測量杠桿401與杠桿轉(zhuǎn)軸405之間用螺紋連接，中間隔有一個可調(diào)整長度的套筒402，是為了保證精確滿足2πRLo/8NLi=0.0635mm，用來微調(diào)Lo的(轉(zhuǎn)動中心軸線至測頭觸點(diǎn)的距離)。傳感器的動?xùn)艌@轉(zhuǎn)盤412的上、下端各有一個錐形軸尖分別與滾珠軸承410、413無間隙配合，使轉(zhuǎn)盤412的轉(zhuǎn)動軸線BB在轉(zhuǎn)動過程中恒定不變，并平行于杠桿轉(zhuǎn)動軸線AA。軸承413嵌入到定柵板PCB1中，軸承413的中心與定柵圖形中心重合，軸承410通過螺紋與緊固螺母411固裝在基座407上，通過螺紋旋入深度的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)軸承410、413與轉(zhuǎn)盤414的軸尖的無間隙配合。動?xùn)臥CB2安裝在轉(zhuǎn)盤412上，使動?xùn)琶娲怪庇谳S線BB，動?xùn)诺膱D形中心在BB線上。印刷線路板PCB1上除制作的定柵之外，還制作有測量電路，安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件。該具有測量電路的定柵板與液晶顯示屏LCD通過導(dǎo)電膠條電氣相連接并一同固定在塑料殼416上，塑殼416安裝在園環(huán)狀支架408上，支架408裝入基座407中，可相對基座轉(zhuǎn)動，支架408的轉(zhuǎn)動中心軸線垂直于定柵面并穿過定柵的圖形中心而且與動?xùn)艌@轉(zhuǎn)盤414的轉(zhuǎn)動中心軸線BB相重合。動?xùn)排c定柵面對面平行有一小的間隙組成容柵角位移傳感器，轉(zhuǎn)盤412上有撥桿409，通過撥桿409與撥叉406耦合傳動，傳感器就能監(jiān)測杠桿401測頭的位移。杠桿表的機(jī)械復(fù)零系統(tǒng)由彈簧414、兩個零位檔桿415以及撥柱416組成，零位時交叉彈簧夾在撥柱416上，還同時壓在兩檔桿415上，檔桿平衡彈簧的恢復(fù)力而保持零位，當(dāng)轉(zhuǎn)盤414向任何方向轉(zhuǎn)動，撥柱就偏離零位，彈簧414的一端離開撥柱416，另一端離開檔桿415，就產(chǎn)生復(fù)零恢復(fù)力。
本發(fā)明的實(shí)施例之4見示意圖5。本實(shí)施例的液晶顯示屏與杠桿的轉(zhuǎn)動平面相互垂直。杠桿系統(tǒng)由轉(zhuǎn)軸505和安裝在轉(zhuǎn)軸505左右兩邊的測頭杠桿501與撥叉杠桿506組成。轉(zhuǎn)軸505有一對錐形軸尖與一對滾珠軸承504配合，軸承504用螺紋和緊固螺母503固緊在基座507上，螺紋安裝的旋入深度調(diào)節(jié)可使軸尖與滾珠軸承實(shí)現(xiàn)無間隙配合，保證轉(zhuǎn)軸505轉(zhuǎn)動時其轉(zhuǎn)動軸線AA相對基座的位置不會變。測頭杠桿501也用螺紋裝在轉(zhuǎn)軸505上，可調(diào)整長度的套筒502套在501的安裝螺紋上用以微調(diào)距離Lo，使精確滿足2πRLo/8NLi=0.0635mm。傳感器的動?xùn)艌@轉(zhuǎn)盤512中心孔上、下面均為錐形，裝上滾珠就成為一對滾珠軸承，軸承中裝入一根固定軸513，使盤512可繞軸513轉(zhuǎn)動。軸513一端有傘形帽，另一端有螺母用來固裝在支承架509上，通過調(diào)節(jié)螺紋的旋入深度，滾珠軸承與軸之間可實(shí)現(xiàn)無間隙配合，使得轉(zhuǎn)盤512轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動軸線BB對支承架固定不變。支承架509裝在基座507上，使得軸線BB與軸線AA平行。動?xùn)虐錚CB2裝在轉(zhuǎn)盤512上，安裝得動?xùn)琶娲怪陛S線BB，動?xùn)诺膱D形中心在BB軸線上，定柵PCB1固定在軸513上，安裝得軸線BB垂直于定柵面并穿過定柵的圖形中心。這就保證動?xùn)排c定柵是平行與同心的，再使之面對面保持的一小的間隙就構(gòu)成容柵傳感器。轉(zhuǎn)盤512上有一撥桿508，通過撥桿508與撥叉杠桿506的耦合，杠桿501測頭的位移就會傳動傳感器的動?xùn)哦槐O(jiān)測出來。杠桿表的機(jī)械回零系統(tǒng)由安裝在支承架509上的回零彈簧514，和裝在基座507上的兩個偏心檔柱515，以及轉(zhuǎn)盤512上的撥桿508構(gòu)成。這里的撥桿508既被撥叉帶動又撥動彈簧。偏心檔柱515是用螺紋裝在基座507上，改變偏心柱的安裝方位(旋轉(zhuǎn)螺紋)，零位時可使夾在撥桿508的交叉彈簧514正好與兩個檔柱515相切，以消除機(jī)械零位的變差保證杠桿表的精確零位。第三塊印刷線路板PCB3上安裝有開關(guān)，電池等無器件，集成電路(IC)、晶振電容等元器件既可裝在PCB3上，也可裝在定柵PCB1上。PCB3與液晶顯示屏LCD用導(dǎo)電膠條電氣相連接一并固裝在塑殼上516上成為顯示模塊，該模塊裝在基座507上使LCD顯示屏與杠桿轉(zhuǎn)動面垂直，從而PCB1與PCB3兩印刷線路板有90°夾角，PCB1與PCB3的電氣連接方式可用柔性的電纜，柔性印刷線路或熱壓連接器(斑馬紙)等作柔性連接。
本發(fā)明的實(shí)施例之5見示意圖6，本實(shí)施例的特點(diǎn)是液晶顯示屏相對杠桿運(yùn)動面有一夾角，而且顯示屏相對基座可以360轉(zhuǎn)動，使得從不同方向觀察顯示屏均能調(diào)到最佳視角。本實(shí)施例的杠桿系統(tǒng)與實(shí)施例4的杠桿系統(tǒng)完全相同，圖6標(biāo)志601～606一一對應(yīng)圖5標(biāo)志501～506。本實(shí)施例與實(shí)施例4重大不同之處。在于軸513是固定在支承架509上，而軸613相對支承架609可以轉(zhuǎn)動。在軸613上裝有上、中、下三個滾珠軸承。上、中兩個滾珠軸承與轉(zhuǎn)盤612配合，中、下兩個滾珠軸承與支承架609配合，使得轉(zhuǎn)盤612可繞轉(zhuǎn)軸613旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸613又可繞用螺釘611固定在基座607上的支承架609旋轉(zhuǎn)，螺母611旋入深度的調(diào)節(jié)可使上、中、下三個錐孔滾珠軸承全部實(shí)現(xiàn)無間隙配合，保證轉(zhuǎn)盤612相對基座轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動中心軸線與轉(zhuǎn)軸613相對基座轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動中心軸線是同一根線BB，BB與AA相平行。定柵板PCB1固裝在轉(zhuǎn)動軸613上，動?xùn)虐錚CB2固裝在轉(zhuǎn)盤612上，安裝的定柵與動?xùn)琶鎸γ嬗幸粋€的間隙，且轉(zhuǎn)動中心軸線BB垂直于動?xùn)排c定柵面并穿過動?xùn)藕投诺膱D形中心，構(gòu)成一個容柵角位移傳感器，該傳感器的定柵可360°旋轉(zhuǎn)改變機(jī)械零位，而不改變傳感器的任何其他特性參數(shù)。杠桿系統(tǒng)與角位移傳感器之間的傳動是由撥叉杠桿606上的撥叉與轉(zhuǎn)盤612上的撥桿608耦合來實(shí)現(xiàn)滿足2πLoR/8NLi=0.635mm，分辨為0.01mm，本實(shí)施例回零系統(tǒng)與實(shí)例例4相同由回零彈簧614、撥桿608和兩個偏心檔柱615構(gòu)成。定柵板PCB1上除制作有定柵之外還制作有測量電路，安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件，成為具有測量電路有定柵板。該定柵板與液晶顯示屏LCD用有一個斜面的導(dǎo)電膠條電氣連接，兩者保持一定的夾角一并固裝在塑殼616中成為測量顯示模塊。本實(shí)施例與實(shí)施例4另一個不同之處是塑殼616中的測量顯示模塊不僅可相對基座作360°轉(zhuǎn)動而且模塊本身是密封的，同時基座607上又有密封橡膠環(huán)617與密封橡膠碗618，當(dāng)模塊616轉(zhuǎn)動和杠桿601運(yùn)動時仍能防止油、水、灰塵進(jìn)入杠桿表內(nèi)部，保證由PCB1與PCB2組成的容柵傳感器能夠在有油、水、塵埃等污染物的環(huán)境中可靠地工作。
本發(fā)明的實(shí)施例之6見示意圖7。701～706為杠桿系統(tǒng)，與實(shí)施例4的杠桿系統(tǒng)501～506相同。撥叉杠桿706上的撥叉與轉(zhuǎn)盤712上的撥桿708耦合傳動，使測量杠桿觸頭的運(yùn)動帶動動?xùn)艌@轉(zhuǎn)盤712轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)盤712上下兩面各有錐形孔，經(jīng)過滾珠與傘形軸713配合，軸713下端的螺紋裝在支承架709上，螺母711起緊固與調(diào)節(jié)作用，使得滾珠與盤712和軸713無間隙配合，保證轉(zhuǎn)盤712的轉(zhuǎn)動中心軸線BB相對基座707恒定不變并使BB支承架709通過螺釘710裝在基座707上，并與杠桿的轉(zhuǎn)動中心軸線AA相平行，滿足2πRLo/8NLi=0.635mm，杠桿表的分辨率為0.01mm。動?xùn)藕投琶鎸γ姹３忠粋€小的間隙約0.1mm并使轉(zhuǎn)動中心軸線BB垂直于動?xùn)藕投琶娲┻^動?xùn)藕投诺膱D形中心，從而構(gòu)成容柵角位移傳感器。杠桿表的機(jī)械回零系統(tǒng)由回零彈簧714、撥桿708和兩個檔塊715組成。與實(shí)施例4和實(shí)施則5不同之處是檔塊715不是直接裝在基座707上，而是裝在支承架709上，檔塊可繞中心孔C轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)，使檔塊前端的園頭在零位時剛好與彈簧714相切接觸，調(diào)好后再在C、D兩孔用螺釘將檔塊715緊固在支承架709上，彈簧714一端用壓塊717夾在支承架709上，該回零系統(tǒng)可在基座外先調(diào)節(jié)好，然后將支承架上傳感器與回零系統(tǒng)整體裝進(jìn)基礎(chǔ)座，安裝調(diào)節(jié)比較方便。本實(shí)施例的定柵板PCB1上有測量電路并安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件，定柵板PCB1固裝在軸713上。印刷線路板PCB3裝在塑殼716上，PCB3上安裝有開關(guān)，電池等元器件，液晶顯示屏LCD也安裝在塑殼716上，PCB3與LCD用導(dǎo)電膠條電氣相連接。相互垂直的PCB1與PCB3之間的電氣連接是采用90°轉(zhuǎn)角的直接錫焊。PCB1和PCB2的一部分面積是插入到了PCB3的開孔槽內(nèi)以降低杠桿表整體的高度，這樣可不減少定柵和動?xùn)诺挠行娣e以維持傳感器的靈敏度。蓋板718安裝在基座707上，蓋板718上的音孔嵌入軸713的傘形帽，使軸713兩端固定不易晃動，同時蓋板718起保護(hù)容柵傳感器的作用。
本發(fā)明的實(shí)施例之7見示意圖8。本實(shí)施例與實(shí)旋例6的整體結(jié)構(gòu)基本相同。杠桿系統(tǒng)801～806與圖7的杠桿系統(tǒng)701～706不同之處只是706為撥叉桿，806則為齒輪杠桿。與杠桿齒輪嚙合的從動齒輪810制作在轉(zhuǎn)軸813上，轉(zhuǎn)盤812用螺紋固裝在轉(zhuǎn)軸813上隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)軸813與支承架809上制作有一對錐面滾珠軸承座旋緊轉(zhuǎn)盤812到轉(zhuǎn)軸813上可使?jié)L珠軸承無間隙配合，轉(zhuǎn)軸813的轉(zhuǎn)動中心軸線BB在轉(zhuǎn)動過程中相對支承架809位置保持恒定不變。支承架809通過螺釘緊固在基座807上，使BB軸線平行于AA軸線滿足2πRLo/8NLi=0.0635mm，分辨率為0.001mm。動?xùn)虐錚CB2固裝在轉(zhuǎn)盤812上，軸線BB垂直于動?xùn)琶娌⒋┻^動?xùn)诺膱D形中心。定柵板PCB1固裝在蓋板818上，蓋板818固裝在基座807上，使得定柵與動?xùn)琶鎸γ姹３忠恍〉拈g隙并讓軸線BB垂直于定柵面穿過定柵的圖形中心，從而構(gòu)成容柵角位移傳感器。杠桿表的回零系統(tǒng)與實(shí)施例6相同，由用壓塊817壓在支架809上的彈簧814、轉(zhuǎn)盤812上的撥桿808以及裝在支承架809上的兩個可調(diào)檔塊815組成，只是撥桿808現(xiàn)在僅僅撥動彈簧814，不再作為與杠桿耦合的傳動件。印刷線路板PCB3與液晶顯示屏LCD用導(dǎo)電膠條電氣連接一并固裝在塑殼816上成為顯示模塊該模塊固定在基座807上。印刷線路板PCB3上開有槽，可讓轉(zhuǎn)盤和動?xùn)臥CB2的部分面積進(jìn)入槽內(nèi)轉(zhuǎn)動，定柵板PCB1的部分面積也插入槽內(nèi)?；ハ啻怪钡腜CB3與PCB1的電氣連接用90℃轉(zhuǎn)角直接錫焊開關(guān)裝在PCB3上，電池、集成電路(IC)、晶振、電容等元器件既可安裝在PCB1上也可安裝在PCB3上。
本發(fā)明實(shí)施例之8見示意圖9。本實(shí)施例的杠桿系統(tǒng)，容柵傳感器測量系統(tǒng)以及機(jī)械回零系統(tǒng)均與實(shí)施7相同，同樣滿足2πRLo/8NLi=0.0635mm，分辨率也是0.001mm。不同之處只是由PCB3液晶顯示屏LCD和塑殼916組成的測量顯示模塊的安裝位置不同，本實(shí)施例的顯示模塊安裝在基座的后部，使顯示屏大致垂直于測頭杠桿901，在一些應(yīng)用場合(如深入到孔槽內(nèi)進(jìn)行測量)這種結(jié)構(gòu)的杠桿表讀數(shù)比較方便。本實(shí)施例線路板PCB3與定柵板PCB1的電氣連接用柔性電纜919。模塊916固定在板921上，板921能夠以軸920為轉(zhuǎn)軸相對基座907轉(zhuǎn)動，柔性電纜充許其轉(zhuǎn)動范圍為270°，可以方便地從各個方位觀察顯示屏。
本發(fā)明的容柵式數(shù)顯杠桿表是對現(xiàn)有的電位器式數(shù)顯杠桿表和改進(jìn)，其優(yōu)點(diǎn)是1、由于容柵傳感器沒有電位器傳感器的摩擦電接觸點(diǎn)，使得其穩(wěn)定性和壽命均優(yōu)于電位器式傳感器；2、園容柵傳感器的定柵沿動?xùn)诺霓D(zhuǎn)軸任意角度后，除改變零位外傳感器的其他特性參數(shù)不會改變，這不僅可用來調(diào)節(jié)機(jī)械零位，而且與電調(diào)零位相結(jié)合，可使得與定柵板連成一體的LCD顯示器旋轉(zhuǎn)到任何方向，以便各方位的觀察者讀數(shù)?，F(xiàn)有的電位器式數(shù)顯杠桿表，電位器的電阻定片不能隨便旋轉(zhuǎn)，為了方便各方位觀察讀數(shù)，是在一個杠桿表的不同方向安裝兩個顯示屏。同時用數(shù)字倒轉(zhuǎn)讀數(shù)電路和開關(guān)控制顯示屏的數(shù)字倒轉(zhuǎn)180°顯示。顯然，旋轉(zhuǎn)顯示屏的方法要簡單實(shí)用得多；3、本發(fā)明的容柵式數(shù)顯杠桿表通過選用適當(dāng)?shù)母軛U比Li/Lo與傳動比R/Li滿足2πRLo/8NLi=0.635mm或0.0635mm，就可直接使用通常數(shù)顯卡尺的專用集成電路(IC)來作杠桿表的測量電路IC，可節(jié)省開發(fā)新IC的費(fèi)用。綜上所述，本發(fā)明的數(shù)顯杠桿表比現(xiàn)有數(shù)顯杠桿表的機(jī)械結(jié)構(gòu)與電路均更簡單、穩(wěn)定性更高、壽命更長，生產(chǎn)與開發(fā)成本更低，適于工業(yè)應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)顯示杠桿表，具有角位移傳感器、數(shù)字顯示屏、測量電路板以及通過軸承安裝在基座上的杠桿轉(zhuǎn)動中心軸，杠桿轉(zhuǎn)動中心軸一端安裝有具有測量觸頭的測量杠桿，另一端安裝有具有機(jī)械傳動件的傳動杠桿，用來帶動角位移傳感器。其特征在于由杠桿帶動的角位移傳感器是容柵式角位移傳感器，它由包括發(fā)射電極與接收電極的定柵，和作為感應(yīng)電極的動?xùn)?，以一定的間隙面對面平行同心安置構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)顯杠桿表其特征在于動?xùn)旁O(shè)置在由杠桿帶動的圓轉(zhuǎn)盤上，該轉(zhuǎn)盤繞一根固定在基座上的軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)盤與軸之間安置有軸承，其轉(zhuǎn)動中心軸線垂直于動?xùn)藕投琶娌⒋┻^動?xùn)藕投诺膱D形中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)顯杠桿表其特征在于動?xùn)旁O(shè)置在由杠桿帶動的圓轉(zhuǎn)盤上，該轉(zhuǎn)盤固定在一轉(zhuǎn)軸上，該轉(zhuǎn)軸可相對基座轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸與基座之間安置有軸承，其轉(zhuǎn)動中心軸線垂直于動?xùn)藕投琶娌⒋┻^動?xùn)藕投诺膱D形中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)顯杠桿表其特征在于包括容柵傳感器的發(fā)射電極與接收電極的定柵，制作在一塊印刷線路板上，該印刷線路板上還制作有測量電路并安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件，該帶測量電路的定柵板與數(shù)字顯示屏電氣上和機(jī)械上連成一體并固定在基座上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)顯杠桿表其特征在于包括容柵傳感器的發(fā)射電極與接收電極的定柵，制作在一塊印刷線路板上，該印刷線路板上還制作有測量電路并安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件，該帶測量電路的定柵板固定安裝在基座上，數(shù)字顯示屏與該帶測量電路的定柵板的電氣與機(jī)械的連接方式是柔性連接，使得數(shù)字顯示屏可相對該帶測量電路的定柵板翻動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)顯杠桿表其特征在于包括容柵傳感器的發(fā)射電極與接收電極的定柵，制作在一塊印刷線路板上，該印刷線路板上還制作在測量電路并安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件，該帶測量電路的定柵板與數(shù)字顯示屏電氣上機(jī)械上連成一體成為測量顯示模塊，該模塊可相對基座作360°轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動中心軸線垂直于容柵傳感器的動?xùn)藕投琶娌⒋┻^動?xùn)排c定柵的圖形中心。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)顯杠桿表其特征在于包括容柵傳感器發(fā)射電極與接收電極的定柵，制作在一塊印刷線路板上，該印刷線路板上還制作有測量電路并安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件，該帶測量電路的定柵板與數(shù)字顯示屏電氣和機(jī)械上以柔性方式連接，使得數(shù)字顯示屏可相對該帶測量電路定柵板翻動。該帶測量電路的定柵板與數(shù)字顯示屏安裝在基座上的方式是可一起相對基座作360°轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動中心軸線垂直于容柵傳感器的動?xùn)藕投琶娌⒋┻^動?xùn)藕投诺膱D形中心。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)顯杠桿表，其特征在于安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件的測量電路板與數(shù)字顯示屏組成一獨(dú)立的測量模塊，該模塊與容柵角位移傳感器的電氣連接是用電纜作柔性電氣連接。該模塊安裝在基座上的方式不受傳感器的約束，可安裝在基座上任一位置，繞任一設(shè)定軸轉(zhuǎn)動，沿任一設(shè)定方向翻動。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)顯杠桿表，其特征在于容柵式角位移傳感器的定柵與動?xùn)啪鶠閳@形，定柵園面上包括一個園環(huán)狀接收電極和8N個扇形發(fā)射電極。每個發(fā)射電極柵所張的扇面角為2π/8N，動?xùn)艌@面上有N個感應(yīng)電極，感應(yīng)電極上與接收電極相對應(yīng)的部分所張的扇面角為2π/N，感應(yīng)酬電極上與發(fā)射電極相對應(yīng)的部分所張的扇面角為2π/2N,N是正整數(shù)，對于分辨率0.01mm的杠桿表，滿足2πRLo/8NLi=0.635mm，對于分辯為0.001mm的杠桿表，滿足2πRLo/8Nli=0.0635mm。其中Lo是杠桿轉(zhuǎn)動中心到測量杠桿上測量頭接觸點(diǎn)的距離，Li是杠桿轉(zhuǎn)動中心到傳動杠桿與角位移傳動耦合接觸點(diǎn)的距離，R為動?xùn)艌@轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動中心到傳動杠桿與角位移傳感器的傳動耦合接觸點(diǎn)的距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)顯杠桿表其特征在于驅(qū)動角位移傳感器的杠桿上的傳動件為撥叉，在動?xùn)艌A轉(zhuǎn)盤上安裝有一個與該撥叉配合的撥桿，動?xùn)艌@轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動軸線平行于杠桿轉(zhuǎn)動中心軸線。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)顯示杠桿表其特征在于帶動角位移傳感器的傳動杠桿上的傳動件為一主動齒輪，在固定有動?xùn)艌A轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有與該主動齒輪嚙合的從動齒輪，固定有動?xùn)艌@轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動軸線平行于杠桿的轉(zhuǎn)動中心軸線。
全文摘要
一種容柵式數(shù)顯杠桿表,由裝在基座(407)上的繞AA軸轉(zhuǎn)動的杠桿系統(tǒng)(401～406)和繞BB軸轉(zhuǎn)動的容柵角位移傳感器(410～413、PCB1、PCB2)以及彈簧回零系統(tǒng)(414～416)與測量顯示模塊(416、LCD、PCB1)構(gòu)成,軸AA與軸BB相平行,滿足2πRLo/8NLi=0.635mm(對0.01mm 分辯率)或0.0635mm(對0.001mm 分辯率),8N為容柵傳感器發(fā)射電極柵的總數(shù)。本發(fā)明的數(shù)顯杠桿表,傳感器無接觸磨擦從而穩(wěn)定可靠且壽命長;液晶顯示模塊可360°旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)零位,方便從各方位觀察讀數(shù)。
文檔編號G01D5/02GK1299955SQ9912457
公開日2001年6月20日 申請日期1999年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月12日
發(fā)明者陳其良, 陳紹光, 劉海平 申請人:陳其良, 陳紹光