專利名稱：容柵式數(shù)顯杠桿表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)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(lái)很方便，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。目前市場(chǎng)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(jiǎn)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(dòng)化的測(cè)量控制的需要。為此，美國(guó)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(dòng)測(cè)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(cè)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(cè)量電路較復(fù)雜，電位器電觸點(diǎn)的滑動(dòng)磨擦又容易導(dǎo)致傳感器工作不穩(wěn)定和壽命較短。
本實(shí)用新型的目的是要克服現(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(jiǎn)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(cè)量電路板、數(shù)字顯示屏和通過(guò)軸承安裝在基座上的杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸，該軸的一端安裝有具有測(cè)量觸頭的測(cè)量杠桿，另一端安裝著具有撥叉或齒輪作為傳動(dòng)件的傳動(dòng)杠桿，通過(guò)撥叉與撥桿的耦合或通過(guò)齒輪與齒輪的嚙合，帶動(dòng)一個(gè)具有撥桿或齒輪的角位移傳感器，其特征在于由杠桿帶動(dòng)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(dòng)?xùn)乓砸欢ǖ拈g隙面對(duì)面平行同心安置構(gòu)成。
作為感應(yīng)電極的動(dòng)?xùn)疟话仓迷谝粓A轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤可相對(duì)基座轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線垂直于容柵傳感器的動(dòng)?xùn)藕投琶娌⒋┻^(guò)動(dòng)?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(duì)基座轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)軸與基座之間安置有軸承，其轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線垂直于容柵傳感器的動(dòng)?xùn)藕投琶娌⒋┻^(guò)動(dòng)?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(dòng)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(dòng)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(cè)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(cè)量電路的定柵板，該具有測(cè)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(duì)具有測(cè)量電路的定柵板翻動(dòng)，以便調(diào)節(jié)視角方便觀察者讀數(shù)。
具有測(cè)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(cè)量電路的定柵板之間為剛性連接，則數(shù)字顯示屏相對(duì)基座是固定的，當(dāng)數(shù)字顯示屏與具有測(cè)量電路的定柵板為柔性連接，則數(shù)字顯示屏可相對(duì)基座翻動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)視角。具有測(cè)量電路的定柵板安裝在基座上的第二種方式是通過(guò)軸承裝上基座上，可相對(duì)基座作360°轉(zhuǎn)動(dòng)，該軸承可以就安裝在固定于基座上的動(dòng)?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(cè)量電路的定柵板的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線總是要與動(dòng)?xùn)艌A轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線重合，即是說(shuō)定柵板的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線應(yīng)垂直于容柵傳感器的動(dòng)?xùn)藕投琶娌⒋┻^(guò)動(dòng)?xùn)藕投诺膱D形中心，使得定柵板轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)?xùn)排c定柵的中心軸相對(duì)基座作360°轉(zhuǎn)動(dòng)，便于從不同方位來(lái)讀數(shù)，當(dāng)為柔性連接，則數(shù)字顯示屏相對(duì)基座既能與定柵板一起作360°轉(zhuǎn)動(dòng)，又能相對(duì)基座翻動(dòng)，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(cè)量電路板合二為一(成為具有測(cè)量電路的定柵板)的方案，具有傳感器與測(cè)量電路電氣連線可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)量電路板分離，讓定柵板與動(dòng)?xùn)呸D(zhuǎn)盤組成一個(gè)獨(dú)立的容柵傳感器，測(cè)量電路板與數(shù)字顯示屏連成一體組成一個(gè)獨(dú)立的測(cè)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(cè)量顯示模塊安裝在基座上的方式不受傳感器的約束，測(cè)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(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)觀察方位，可沿任一設(shè)定方向翻轉(zhuǎn)來(lái)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(dòng)?xùn)诺男螤钭詈?jiǎn)單實(shí)用的是圓形，當(dāng)發(fā)射電極為8N個(gè)，則感應(yīng)電極為N個(gè)，N為正整數(shù)，每個(gè)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(duì)分辯率為0.01mm的杠桿表)或2πRLo/8NLi＝0.0635mm(對(duì)分辯率為0.001mm)，其中R是動(dòng)?xùn)艌A轉(zhuǎn)盤中心到傳動(dòng)杠桿與角位移傳感器的傳動(dòng)耦合接觸點(diǎn)的距離，Lo為杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心到測(cè)量杠桿上測(cè)量頭觸點(diǎn)的距離，Li為杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心到傳動(dòng)杠桿與角位移傳感器的傳動(dòng)耦合接觸點(diǎn)的距離。對(duì)撥叉?zhèn)鲃?dòng)，R就是轉(zhuǎn)盤中心到撥桿中心的距離，Li就是杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心到杠桿撥叉與撥桿的觸點(diǎn)的距離；對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)，R就是傳感器上的從動(dòng)齒輪的分度圓半徑，Li就是傳動(dòng)杠桿上的主動(dòng)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實(shí)用新型的主要特征。
圖2是本實(shí)用新型的第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?dòng)和游絲回零的相互耦合關(guān)系。
圖3是本實(shí)用新型的第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(dòng)和游絲回零的相互耦合關(guān)系。
圖4是本實(shí)用新型的第3實(shí)施例由的結(jié)構(gòu)示意圖，其特征是撥叉?zhèn)鲃?dòng)，交叉彈簧回零，顯示屏可相對(duì)基座旋轉(zhuǎn)任何方位。
圖5是本實(shí)用新型的第4實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其特征是撥叉?zhèn)鲃?dòng)，交叉彈簧回零，LCD顯示屏垂直于定柵、動(dòng)?xùn)虐搴透軛U的轉(zhuǎn)動(dòng)本面。
圖6是本實(shí)用新型的第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(duì)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)本面有一夾角且顯示屏相對(duì)基座可360°旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)用撥叉，回零用交叉彈簧。
圖7是本實(shí)用新型的第6實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其特征是撥叉?zhèn)鲃?dòng)，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(dòng)平面。
圖8是本實(shí)用新型的第7實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其特征為齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)平面。
圖9是本實(shí)用新型的第8實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其特征為齒輪傳動(dòng)，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(cè)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(dòng)?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(dòng)?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(dòng)?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。
本實(shí)用新型的實(shí)施例之1見(jiàn)示意圖2。杠桿表的杠桿系統(tǒng)可繞軸AA轉(zhuǎn)動(dòng)，它由裝在基座203上一對(duì)軸承208和杠桿轉(zhuǎn)軸202的無(wú)間隙配合實(shí)現(xiàn)。杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)202的左右兩邊分別安裝有測(cè)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(dòng)中心軸線AA相平行。傳感器的動(dòng)?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(dòng)。通過(guò)轉(zhuǎn)軸206上的撥桿與杠桿204上的撥叉相耦合，杠桿201測(cè)頭的運(yùn)動(dòng)就能帶動(dòng)傳感器動(dòng)?xùn)艌A轉(zhuǎn)盤205及其上的動(dòng)?xùn)臥CB2轉(zhuǎn)動(dòng)。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(lái)提供轉(zhuǎn)軸206的機(jī)械恢復(fù)力，以保持動(dòng)?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(dòng)?xùn)臥CB2粘在轉(zhuǎn)盤205上，安裝得定柵與動(dòng)?xùn)琶鎸?duì)面平行(都垂直于與軸BB)且同心(軸BB穿過(guò)定柵與動(dòng)?xùn)诺膱D形中心)并有一小的間隙。本實(shí)施例的定柵與動(dòng)?xùn)艦閳D1a所示的N＝2的園容柵，動(dòng)?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(cè)量電路，安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件，成為具有測(cè)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(cè)量顯示模塊，該模塊相對(duì)基座203是位置固定的。
本實(shí)用新型的實(shí)施例之2見(jiàn)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(cè)量杠桿301、傳動(dòng)杠桿304、杠桿轉(zhuǎn)軸302以及與轉(zhuǎn)軸302無(wú)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(dòng)中心軸線AA與角位移傳感器中心軸線BB相平行，兩者相對(duì)基座的位置都是固定不變的。傳感器的動(dòng)?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(wú)間隙配合，使轉(zhuǎn)軸306的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)?xùn)臥CB2裝在轉(zhuǎn)盤305上，定柵PCB1裝在基座303上，安裝得動(dòng)?xùn)排c定柵間有一小的間隙而且面對(duì)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(guò)轉(zhuǎn)軸306上的齒輪與杠桿304上的齒輪相嚙合傳動(dòng)。杠桿301測(cè)頭的運(yùn)動(dòng)就能帶動(dòng)動(dòng)?xùn)臥CB2轉(zhuǎn)動(dòng)。本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處主要在于用齒輪傳動(dòng)代替撥叉?zhèn)鲃?dòng)，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(gè)不同點(diǎn)為L(zhǎng)CD與具有測(cè)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(duì)基座翻動(dòng)來(lái)調(diào)動(dòng)視角。
本實(shí)用新型的實(shí)施例3見(jiàn)示意圖4。本實(shí)施例的特點(diǎn)是液晶顯示屏可相對(duì)基座360°轉(zhuǎn)動(dòng)，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(cè)量杠桿401和撥叉杠桿406，轉(zhuǎn)軸405上嵌有一對(duì)滾珠軸承403，軸承403繞安裝在基座407上錐形軸尖404轉(zhuǎn)動(dòng)，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(wú)間隙配合，保證杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)軸線AA相對(duì)基座是固定的。測(cè)量杠桿401與杠桿轉(zhuǎn)軸405之間用螺紋連接，中間隔有一個(gè)可調(diào)整長(zhǎng)度的套筒402，是為了保證精確滿足2πRLo/8NLi＝0.0635mm，用來(lái)微調(diào)Lo的(轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線至測(cè)頭觸點(diǎn)的距離)。傳感器的動(dòng)?xùn)艌@轉(zhuǎn)盤412的上、下端各有一個(gè)錐形軸尖分別與滾珠軸承410、413無(wú)間隙配合，使轉(zhuǎn)盤412的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線BB在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中恒定不變，并平行于杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)螺紋與緊固螺母411固裝在基座407上，通過(guò)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(wú)間隙配合。動(dòng)?xùn)臥CB2安裝在轉(zhuǎn)盤412上，使動(dòng)?xùn)琶娲怪庇谳S線BB，動(dòng)?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(cè)量電路，安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件。該具有測(cè)量電路的定柵板與液晶顯示屏LCD通過(guò)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(duì)基座轉(zhuǎn)動(dòng)，支架408的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線垂直于定柵面并穿過(guò)定柵的圖形中心而且與動(dòng)?xùn)艌@轉(zhuǎn)盤414的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線BB相重合。動(dòng)?xùn)排c定柵面對(duì)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(guò)撥桿409與撥叉406耦合傳動(dòng)，傳感器就能監(jiān)測(cè)杠桿401測(cè)頭的位移。杠桿表的機(jī)械復(fù)零系統(tǒng)由彈簧414、兩個(gè)零位檔桿415以及撥柱416組成，零位時(shí)交叉彈簧夾在撥柱416上，還同時(shí)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(dòng)，撥柱就偏離零位，彈簧414的一端離開(kāi)撥柱416，另一端離開(kāi)檔桿415，就產(chǎn)生復(fù)零恢復(fù)力。
本實(shí)用新型的實(shí)施例之4見(jiàn)示意圖5。本實(shí)施例的液晶顯示屏與杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)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(cè)頭杠桿501與撥叉杠桿506組成。轉(zhuǎn)軸505有一對(duì)錐形軸尖與一對(duì)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(wú)間隙配合，保證轉(zhuǎn)軸505轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線AA相對(duì)基座的位置不會(huì)變。測(cè)頭杠桿501也用螺紋裝在轉(zhuǎn)軸505上，可調(diào)整長(zhǎng)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(dòng)?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(duì)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(dòng)。軸513一端有傘形帽，另一端有螺母用來(lái)固裝在支承架509上，通過(guò)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(wú)間隙配合，使得轉(zhuǎn)盤512轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸線BB對(duì)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(dòng)?xùn)虐錚CB2裝在轉(zhuǎn)盤512上，安裝得動(dòng)?xùn)琶娲怪陛S線BB，動(dòng)?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(guò)定柵的圖形中心。這就保證動(dòng)?xùn)排c定柵是平行與同心的，再使之面對(duì)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(guò)撥桿508與撥叉杠桿506的耦合，杠桿501測(cè)頭的位移就會(huì)傳動(dòng)傳感器的動(dòng)?xùn)哦槐O(jiān)測(cè)出來(lái)。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(gè)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(dòng)又撥動(dòng)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(shí)可使夾在撥桿508的交叉彈簧514正好與兩個(gè)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(kāi)關(guān)，電池等無(wú)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(dòng)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。
本實(shí)用新型的實(shí)施例之5見(jiàn)示意圖6，本實(shí)施例的特點(diǎn)是液晶顯示屏相對(duì)杠桿運(yùn)動(dòng)面有一夾角，而且顯示屏相對(duì)基座可以360轉(zhuǎn)動(dòng)，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(duì)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(duì)支承架609可以轉(zhuǎn)動(dòng)。在軸613上裝有上、中、下三個(gè)滾珠軸承。上、中兩個(gè)滾珠軸承與轉(zhuǎn)盤612配合，中、下兩個(gè)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(gè)錐孔滾珠軸承全部實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙配合，保證轉(zhuǎn)盤612相對(duì)基座轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線與轉(zhuǎn)軸613相對(duì)基座轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)軸613上，動(dòng)?xùn)虐錚CB2固裝在轉(zhuǎn)盤612上，安裝的定柵與動(dòng)?xùn)琶鎸?duì)面有一個(gè)的間隙，且轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線BB垂直于動(dòng)?xùn)排c定柵面并穿過(guò)動(dòng)?xùn)藕投诺膱D形中心，構(gòu)成一個(gè)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(dòng)是由撥叉杠桿606上的撥叉與轉(zhuǎn)盤612上的撥桿608耦合來(lái)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(gè)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(cè)量電路，安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件，成為具有測(cè)量電路有定柵板。該定柵板與液晶顯示屏LCD用有一個(gè)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(cè)量顯示模塊。本實(shí)施例與實(shí)施例4另一個(gè)不同之處是塑殼616中的測(cè)量顯示模塊不僅可相對(duì)基座作360°轉(zhuǎn)動(dòng)而且模塊本身是密封的，同時(shí)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(dòng)和杠桿601運(yùn)動(dòng)時(shí)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。
本實(shí)用新型的實(shí)施例之6見(jiàn)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(dòng)，使測(cè)量杠桿觸頭的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)動(dòng)?xùn)艌@轉(zhuǎn)盤712轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)盤712上下兩面各有錐形孔，經(jīng)過(guò)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(wú)間隙配合，保證轉(zhuǎn)盤712的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線BB相對(duì)基座707恒定不變并使BB支承架709通過(guò)螺釘710裝在基座707上，并與杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)?xùn)藕投琶鎸?duì)面保持一個(gè)小的間隙約0.1mm并使轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線BB垂直于動(dòng)?xùn)藕投琶娲┻^(guò)動(dòng)?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(gè)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(dòng)調(diào)節(jié)，使檔塊前端的園頭在零位時(shí)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(cè)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(kāi)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(kāi)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(dòng)?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(dòng)，同時(shí)蓋板718起保護(hù)容柵傳感器的作用。
本實(shí)用新型的實(shí)施例之7見(jiàn)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(dòng)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(dòng)。轉(zhuǎn)軸813與支承架809上制作有一對(duì)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(wú)間隙配合，轉(zhuǎn)軸813的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線BB在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中相對(duì)支承架809位置保持恒定不變。支承架809通過(guò)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(dòng)?xùn)虐錚CB2固裝在轉(zhuǎn)盤812上，軸線BB垂直于動(dòng)?xùn)琶娌⒋┻^(guò)動(dòng)?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(dòng)?xùn)琶鎸?duì)面保持一小的間隙并讓軸線BB垂直于定柵面穿過(guò)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(gè)可調(diào)檔塊815組成，只是撥桿808現(xiàn)在僅僅撥動(dòng)彈簧814，不再作為與杠桿耦合的傳動(dòng)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(kāi)有槽，可讓轉(zhuǎn)盤和動(dòng)?xùn)臥CB2的部分面積進(jìn)入槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(kāi)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。
本實(shí)用新型實(shí)施例之8見(jiàn)示意圖9。本實(shí)施例的杠桿系統(tǒng)，容柵傳感器測(cè)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(cè)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(cè)頭杠桿901，在一些應(yīng)用場(chǎng)合(如深入到孔槽內(nèi)進(jìn)行測(cè)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(duì)基座907轉(zhuǎn)動(dòng)，柔性電纜充許其轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為270°，可以方便地從各個(gè)方位觀察顯示屏。
本實(shí)用新型的容柵式數(shù)顯杠桿表是對(duì)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(méi)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(dòng)?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(huì)改變，這不僅可用來(lái)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(gè)杠桿表的不同方向安裝兩個(gè)顯示屏。同時(shí)用數(shù)字倒轉(zhuǎn)讀數(shù)電路和開(kāi)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(jiǎn)單實(shí)用得多；3、本發(fā)明的容柵式數(shù)顯杠桿表通過(guò)選用適當(dāng)?shù)母軛U比Li/Lo與傳動(dòng)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(lái)作杠桿表的測(cè)量電路IC，可節(jié)省開(kāi)發(fā)新IC的費(fèi)用。綜上所述，本實(shí)用新型的數(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(jiǎn)單、穩(wěn)定性更高、壽命更長(zhǎng)，生產(chǎn)與開(kāi)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(cè)量電路板以及通過(guò)軸承安裝在基座上的杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸，杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸一端安裝有具有測(cè)量觸頭的測(cè)量杠桿，另一端安裝有具有機(jī)械傳動(dòng)件的傳動(dòng)杠桿，用來(lái)帶動(dòng)角位移傳感器。其特征在于由杠桿帶動(dòng)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(dòng)?xùn)牛砸欢ǖ拈g隙面對(duì)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(dòng)?xùn)旁O(shè)置在由杠桿帶動(dòng)的圓轉(zhuǎn)盤上，該轉(zhuǎn)盤繞一根固定在基座上的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤與軸之間安置有軸承，其轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線垂直于動(dòng)?xùn)藕投琶娌⒋┻^(guò)動(dòng)?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(dòng)?xùn)旁O(shè)置在由杠桿帶動(dòng)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(duì)基座轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸與基座之間安置有軸承，其轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線垂直于動(dòng)?xùn)藕投琶娌⒋┻^(guò)動(dòng)?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(cè)量電路并安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件，該帶測(cè)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(cè)量電路并安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件，該帶測(cè)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(cè)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(duì)該帶測(cè)量電路的定柵板翻動(dòng)。
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(cè)量電路并安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件，該帶測(cè)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(cè)量顯示模塊，該模塊可相對(duì)基座作360°轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線垂直于容柵傳感器的動(dòng)?xùn)藕投琶娌⒋┻^(guò)動(dòng)?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(cè)量電路并安裝有集成電路(IC)、晶振、電容等元器件，該帶測(cè)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(duì)該帶測(cè)量電路定柵板翻動(dòng)。該帶測(cè)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(duì)基座作360°轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線垂直于容柵傳感器的動(dòng)?xùn)藕投琶娌⒋┻^(guò)動(dòng)?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(cè)量電路板與數(shù)字顯示屏組成一獨(dú)立的測(cè)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(dòng)，沿任一設(shè)定方向翻動(dòng)。
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(dòng)?xùn)啪鶠閳@形，定柵園面上包括一個(gè)園環(huán)狀接收電極和8N個(gè)扇形發(fā)射電極。每個(gè)發(fā)射電極柵所張的扇面角為2π/8N，動(dòng)?xùn)艌@面上有N個(gè)感應(yīng)電極，感應(yīng)電極上與接收電極相對(duì)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(duì)應(yīng)的部分所張的扇面角為2π/2N，N是正整數(shù)，對(duì)于分辨率0.01mm的杠桿表，滿足2πRLo/8NLi＝0.635mm，對(duì)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(dòng)中心到測(cè)量杠桿上測(cè)量頭接觸點(diǎn)的距離，Li是杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心到傳動(dòng)杠桿與角位移傳動(dòng)耦合接觸點(diǎn)的距離，R為動(dòng)?xùn)艌@轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)中心到傳動(dòng)杠桿與角位移傳感器的傳動(dòng)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(dòng)角位移傳感器的杠桿上的傳動(dòng)件為撥叉，在動(dòng)?xùn)艌A轉(zhuǎn)盤上安裝有一個(gè)與該撥叉配合的撥桿，動(dòng)?xùn)艌@轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行于杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)角位移傳感器的傳動(dòng)杠桿上的傳動(dòng)件為一主動(dòng)齒輪，在固定有動(dòng)?xùn)艌A轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有與該主動(dòng)齒輪嚙合的從動(dòng)齒輪，固定有動(dòng)?xùn)艌@轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行于杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線。
專利摘要一種容柵式數(shù)顯杠桿表,由裝在基座上的繞AA軸轉(zhuǎn)動(dòng)的杠桿系統(tǒng)和繞BB軸轉(zhuǎn)動(dòng)的容柵角位移傳感器以及彈簧回零系統(tǒng)與測(cè)量顯示模塊構(gòu)成,軸AA與軸BB相平行,滿足2πRLo/8NLi=0.635mm(對(duì)0.01mm分辨率)或0.0635mm(對(duì)0.001mm分辨率),8N為容柵傳感器發(fā)射電極柵的總數(shù)。本實(shí)用新型的數(shù)顯杠桿表,傳感器無(wú)接觸摩擦從而穩(wěn)定可靠且壽命長(zhǎng);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(hào)G01B7/00GK2409490SQ99256230
公開(kāi)日2000年12月6日 申請(qǐng)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(qǐng)人:陳其良, 陳紹光