专利名称：应变式数字显示套筒力矩扳手的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于一种紧固工具，更具体地说是一种应变式数字显示套筒力矩扳手。
中国专利CN2100289U公开了一种自动显示测力扳手，虽然该扳手能测量并显示施加在扳手上的力矩，但它存在着功能简单，不能解决零漂问题，而且其精确度也不能达到很高。
本实用新型的目的就是解决上述问题，提供一种应变式数字显示套筒力矩扳手。他不仅具有零位补偿，并且还有多种显示功能和报警功能。
按照本实用新型的应变式数字显示套筒力矩扳手，它由扳手头(1)、连接杆(2)、扳手杆(4)、扳手柄盒(5)等组成，其特征在于应变片(3)粘贴着连接杆(2)的两侧，电路扳(6)和电池(7)装在扳手柄盒(5)之中，由应变片(3)检测到力矩信号，经放大器、A／D变换器再送到单片微处理芯片CPU进行处理，最后送到数字液晶显示器(9)显示。下面将结合附图对本实用新型应变式数字显示套筒力矩扳手的具体实施例加以详细说明。
图1A是本实用新型应变式数字显示套筒力矩扳手的俯视图。
图1B是
图1A中Ⅰ－Ⅰ’的剖面图。
图2是说明应变测量原理的示意图。
图3是本实用新型应变式数字显示套筒力矩扳手的电路部分的具体线路。
图4A、4B是本实用新型应变式数字显示套筒力矩扳手的软件流程图。
首先参见
图1A和
图1B，本实用新型应变式数字显示套筒力矩扳手，包括扳手头1、扳手杆4、手柄盒5。扳手头1通过连接杆2与扳手杆4连接，连接杆2与扳手头1连成一体，并插在扳手杆4之中，在连接杆2的两侧粘接有应变片3(其工作原理后面将详细描述)。手柄盒5可以分成上壳和下壳，在手柄盒5前上部装有线路扳6，在手柄盒5的后部装有电池7，在手柄盒5的前部还装有发声器8、数字液晶显示器9以及各种功能控制键10。当扳手使用时应变片3检测到扳手上的力矩，并通过电线将该信号送到线路扳6，经过线路扳上各种电路处理后再送到发声器8以及数字液晶显示器9，从而完成各种功能。
下面结合图2以及图3说明本实用新型中的应变测量原理。当向扳手施力时，连接杆2要发生变形，这时贴在连接杆2上面的应变片3发生变形，从而改变其电阻值，应变片一共有4个，它们分别相应于图3中的应变电阻YR1－4，R1、YR3贴在连接杆2的同一侧，YR2、YR4则都贴在连接杆2的另一侧，它们构成了一个桥路。当杆受力矩时，杆会弯曲如虚线所示，于是YR1、3伸长阻值加大，YR2、4缩短阻值减小，则电桥失去平衡，产生输出信号并送到放大器。
在图3中，稳压器由ICE(MC1403)构成，1端输入电源VDD，2端输出稳压的电压给电桥，保持应变测理稳定性。放大器由IC2(ICL7650)及其附属电路组成，输入端4和5接电桥输出，输出端10送IC2。电W1改变放大倍数，用于校准扳手的比例。IC3及其附属电路组成了6通道单量程模数转换器，它把输入模拟电压信号转换为时间区间，送给CPU(IC4)，由CPU在这个区间内计数测量区间长度，这表示了输入电压，CPU给IC3的3点发信号(RAMP start)表示时间区间开始。IC3的7点(COMP OUT)是比较器输出的时间区间方波，送给CPU计时，IC3的4点外接电容用于产生斜波电压的充电电容。IC3的8点外接基准电压，6点外接基准电流。IC3的1、2、16点是三位选通地址，CPU送出这个地址，选通6个输入之一，六个输入通道如下10点输入IC2输入的待测电压，11点输入电压，12点输入基准电压，13点输入一个电位器输出电压，根据这个输入改变正向施加力矩的增益(由CPU改变之)，以此补偿正反加力矩的增益之差，15点输入另一个电位器输出电压，根据此电压确定使用四种力矩量程之一，9点输入电源VDD分压后的电压，用于发现电源电压过低，以便显示报警。
LCD为专用液晶显示片显示内容如图所示。其中包括8组文字DIRECT、MEMORY、SIGNAL、LOBAT、FILb、INLb、NM、和MKG。还有4个数字和3个小数点在数字之间。它有22个插脚。
DIRECT、MEMORL、分别用于显示扳手处于三种工作方式之一直接方式、存贮方式、设置－信号方式。LOBAT显示电源电压过低，FILb、IMLb、NM、MKG分别用于显示选用的四种计量单位之一英尺磅、英磅、牛顿米、公斤米、每组文字(加DIRECT)同时显示或熄灭，因此只用一位(bit)选择亮灭。则共要求8bit选择。
4位数字和3个小数点，按工作方式选择显示相应力矩值。每个数字由7条线段组成，选择显示7条中有关线段，可显示0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或E。当施加力矩大于量程时，4位数字显示EE。因此每位数字由7bit选择，4位数字由28bit选择，3个小数点由3bit选择。
总之，文字、数字、小数点、共需由39bit选择。但芯片只有22个插脚。于是安排20个插脚每个选择2个显示元。插脚1和22传送COM1和COM2信号。它们为每个插脚选择2个功能之一。加插脚21，在有COM1信号时传送MEMORY信号，有COM2时传送DIRECT。
IC4(80C51)是Philips公司80C51系列中内含ROM(未用外部存贮器)的单处片微处理控制器芯片。它的复原端9(RST)外接开关K4(用于接通电源和状态复原的ON RESET开关)。它的引端(EA)接高电位，选择使用芯片内程序存贮器。它有四个IO口，每个口有8bit。共有32个IO的bit，芯片端O的1－8，21－28，36－39共20点为液晶片提供20bit显示信号，33和34点给液晶片提供COM1和COM2。35点驱动蜂鸣器和发光二极管(在设置－信号方式中，施加力矩大于设置值时，发声并发光)。13点外接开关K1，(MODE)改变工作方式。15点外接开关K2(UNIT)改变工作单位。16点外接开关K3(SET)可递增式设定力矩值。14点接IC3的RAMP start(3)发给IC3斜波开始信号(开始模数转换)。12点接IC3的COMP OUT(7)，接收IC3输出的时间区间。13、10、11点接IC3的A2、A1、AO点(2、1、16)，给IC36通道选择地址。17点发出电源自保电位，由K4开始使T1和T2导通并接通电源后，17点输出高，保持T1和T2通。当扳手不使用超过2分40秒后，CPU使7点输出转为低，T1和T2截止，电源切断，实现不使用自动断电。
IC4芯片内有CPU、RAM、ROM、4个I／O口、定时器等部件，集成于一个专用芯处片。
正因为采用了单片微处理器芯片作为数字液晶显示器的驱动装置，所以本实用新型具有多种功能，如下所述1.具有四种显示单位英尺磅(FT.LB)，英寸磅(IN.LB)，牛顿米(N.M)，和公斤米(KG.M)，可以选用以上任意一种单位显示施加的力矩值，液晶显示当前使用的单位。
2.具有三种工作方式(1)直接方式液晶实时显示施加的力矩，这适于精密的非重复性的装配。
(2)记忆方式液晶显示操作中施加的最大力矩，这适用于监测。
(3)设置信号方式选中这种方式后，用户可递增地设置力矩值，液晶显示设置的力矩值，当实际施加的力矩值达到或超过设置时，蜂鸣器发声，指示发光，这适用于重复性的精密装配。
3.系统可自动测量零点，实现零点漂移的自动补偿。
4.当停止使用的时间达到2分40秒时，能自动断电。
5.当电池电压下降到可能影响精度时，液晶显示“LOBAT”，指示必须更换电池。
6.系统中设定了死区，以便保持零点显示的稳定性。
该扳手是套筒式力矩扳手，使用者只需连续摇动手把，即可实现两个方向松紧螺母，松紧方向可以设定。
扳手的设计保证了便于形成不同量程的系列产品，不同量程的扳手使用完全相同的微处理芯片和电路，只要改变个别的电路参数和机械结构即可，现有电路可实现四种量程15公斤米，30公斤米，45公斤米，60公斤米。
为了更好地理解本实用新型，图4A、图4B公开了本实用新型应变式数字显示套筒力矩扳手的软件流程图。
该扳手采用应变测量原理，应变片粘结并密封在金属基础上，不存在碎裂，错位，污染／运动受阻等问题，因此，抗振动能力和对环境的适应能力都很强。
应变测量原理是一种精确的测力法，此外系统还实现了零点的自动跟踪和补偿，系统的设计和调试也保证了左旋加力矩和右旋加力矩的灵敏度一致，因此两个方向上的测量误差都在1％。
自动断电功能可减少电池消耗，电池电压过低的指示可指导用户及时更换电池，以便正确使用扳手，死区的设定可保持零点显示的稳定性，这些给用户以极大的方便。
权利要求1.一种应变式数字显示套筒力矩扳手，它由扳手头(1)、连接杆(2)、扳手杆(4)、扳手柄盒(5)等组成，其特征在于应变片(3)粘贴着连接杆(2)的两侧，电路扳(6)和电池(7)装在扳手柄盒(5)之中，由应变片(3)检测到力矩信号，经放大器、A/D变换器再送到单片微处理芯片CPU进行处理，最后送到数字液晶显示器(9)显示。
2.按照权利要求1所述的应变式数字显示套筒力矩扳手，其特征在于扳手头采用套筒式力矩扳头，可实现两个方向松紧螺母，松紧方向可以设定。
专利摘要一种应变式数字显示套筒力矩扳手，它由扳手头(1)、连接杆(2)、扳手杆(4)、扳手柄盒(5)等组成，其特征在于应变片(3)粘贴着连接杆(2)的两侧，电路板(6)和电池(7)装在扳手柄盒(5)之中，由应变片(3)检测到力矩信号，经放大器、A/D变换器再送到单片微处理芯片CPU进行处理，最后送到数字液晶显示器(9)显示。
文档编号B25B13/06GK2159856SQ9321426
公开日1994年3月30日 申请日期1993年5月29日 优先权日1993年5月29日
发明者许万雍, 钱美英, 王云宏, 沈培光, 汤一清 申请人:北京市清华亚奥计算机技术研究所