专利名称:电脑数显测微仪的制作方法
本实用新型与机械量测量仪表有关，尤其与机械量电子测量仪表有关。
现有的机械量测量仪表有机械的，光学的，电子的多种。在生产过程中使用较多的采用电测原理的机械量测量仪表，如电感式位移测量仪测量精度可达0.001mm，但由于采用差动变压器，体积庞大，电路复杂，耗电大，受环境影响大，使用不方便。电容式量仪依靠电容片的移动来改变电容本身的容抗，从而检测出位移量，但也由于电路复杂，环境影响大而很少使用。目前在机械制造与修理中应用最广泛的测微仪表有钟表式百分表，千分表，杠杆齿轮百分表其精度为0.01mm或0.001mm。其工作原理是通过杠杆和齿轮来传递、放大误差信号。这类仪表的测试精度取决于各部分机械元件的配合精度和装配精度。由于结构复杂，加工成本高，且易磨损，测量误差大。测量靠指针读数，很不方便，更增加了过失误差。现有的电阻应变式位移传感器，其工作原理基于导体的“应变效应”，即导体电阻随其机械变形而变化的物理现象。可将需测量的机械量转化成电量以便进一步电测。应用电阻应变片作为应力测量手段，已经有四十余年的历史，在测量各种物理量如力、压力、转矩、位移，加速度的传感器中被广泛采用。但由于存在非线性因素，温飘因素而影响测量精度。多年来没有用于机械制造业中的相对测量如直线度，平面度，圆度等的测量。
本实用新型的目的是提出一种使用简便，体积小，动态响应好，线性特性好，不受环境因素影响，测试精度高的电测式形位误差测量仪表。本实用新型可取代现在广泛使用的机械式百分表、千分表。
本实用新型由测头传感器，电压放大电路、模数转换电路，单片微机，显示驱动电路，显示器组成，测头传感器由垂直安装的测杆和一水平安装的一端固定的悬臂弹性元件组成，电阻应变片R1、R2和R3、R4分别贴于弹性元件上、下表面连成电桥，测杆与弹性元件非固定端下表面接触，为了能测出负偏差，测杆应使弹性元件预挠曲。测杆的另一端与被测工件表面接触，当测杆由于工件表面的形位误差而产生位移，弹性元件产生相应挠曲，电阻R1、R2和R3、R4发生量相同而极性相反的应变从而电阻值变化，电桥输出电压发生相应变化。
本实用新型的电阻应变片为半导体应变片。电压放大电路由两个电压跟随器作输入极，提高电压输入阻抗，并以同向输入方式和运算放大器联接，整个电路处于高输入阻抗，高共模抑制比的工作状态。
为了测定工件的正负偏差，测头处于预应力状态，有调零电阻将预应力输出电压调到标准值。模数转换电路为12位或10位A／D芯片，A／D芯片将模拟电压信号转换成二进制数字电压信号，送入单片微机处理。单片微机由CPU、ROM、RAM和两个输入输出接口组成。由于传感器的弹性元件的材质、安装方式、电阻应变片的性质，温度变化引起电桥电阻变化等因素的影响，传感器的输入输出特性存在非线性。但对于一定的传感器其非线性因素是固定的。因此，在计算机作数据处理时，可使用曲线拟合方式，对传感器输入输出特性曲线进行拟合逼近，同时再用查表方式对各区段参数进行补偿。单片微机的主要作用是使用合适的算法程序提高测试精度。由于在作形位误差测量时，存在正负误差。测头在预应力状态工作，传感器有一个预应力输出电压信号，相应，存在一个预应力数字电压信号。单片微机的另一个作用是鉴别正负形位误差信号。单片机工作时以预应力数字电压信号为基准，大于这个基准时，为正偏差，小于这个基准时，为负偏差。当出现负偏差时，第一位显示数字右下角小数点发光。显示驱动电路由七段驱动电路和四位选码驱动电路组成。单片微机还有一个作用是将输出二进制数据转换成数位7段显示码后再输出。显示器为液晶数码管。
本实用新型的测杆由上测杆和下测杆组成，上测杆下端有螺纹，下测杆上端有螺孔，上测杆可旋入下测杆调节测杆长度，有锁紧螺帽，表壳的上端有连接螺杆，有一两端凸起的横杆与螺杆相联接。上述结构便于测量工件内径误差。由顶紧螺帽给表壳套筒内的弹簧预加载，同时使传感器工作在预应力状态。
本实用新型把半导体应变片传感器技术用于机械制造和修理中广泛使用的测微量仪。用微型计算机来解决非线性，温飘，分辩度诸问题，使用LED发光数码管显示读数，端除了过失误差，使电测技术能能用于检测形位误差，取代传统的成本高，使用不使，精度不高的机械式百分表、千分表。本实用新型体积小，使用方便，测量精度高，动态响应好，分辩度高，输出幅值大。不受环境因素的影响，工作稳定可靠。测试精度比百分表可提高1－2个数量级。
图1为本实用新型的立体图。
图2为图1的A－A剖视图。
图3为图1的B－B剖视图。
图4为本实用新型的电路框图。
图5为本实用新型的电路原理图。
如下是本实用新型的实施例本实用新型由测头传感器，电压放大器，ADC1210十二位A／D芯片，8748单板微机，显示驱动电路，4位液晶数码管组成。
测头传感器有表壳1，壳内装有电桥内电源电池2，供电电压为5伏。电路板上有F3140电压跟随器3，4，F741运算放大器5，ADC1210 A／D芯片6，8748单片微机7，LS273七段显示码驱动电路8和4位75452选通驱动电路9和四个电阻。4半导体应变片11贴于弹片10的上、下表面连成电桥。上测杆12可旋入下测杆17的螺孔，整个测杆长度可调。由锁紧螺母16螺紧。弹簧13装入表壳套筒内，由顶紧螺母14预压缩。螺母盖15可使弹片10预挠曲。表壳上有电位器18，开关19，4位液晶数码管20。
电压放大器由两个F3140电压跟随器3，4作输入极，以同相输入方式和F741运算放大器5联接，电位器18将预应力输出电压调到标准值。
8748单片微机7由CPU、ROM RAM，二输入输出接口组成。ADC1210 A／D 芯片6的输出线分别和8748单片微机的总线(BUS)和I／O 接口的部分信号线联接。其中，12位A／D芯片的输出线D0－D3和I／O接口的P24P25P26P27相联。A／D芯片的D4－D12和单片机总线(BUS)的D0－D7相联。由于测头工作在预应力状态，电压放大器的输出值为不为零的预定值，A／D芯片也有相应预定输出值，这个值由8748单片机在程序中予以消除。
显示驱动电路由LS273七段显示码驱动电路8和4位75452选通驱动电路9组成。七段驱动电路8的输入端D0－D7分别与单片机的P10－P17接口相连。驱动电路8的输出端Q0－Q8分别与4位液晶数码管20的 a、b、c、d、e、f、g、dp 足相联。4位选通驱动电路由二个75452与非门电路组成。其输入端A1、B1、A2、B2分别与单片机P20－P23接口相联。其输出端Y1、Y2分别和4位液晶数码管20的一、二、三、四位选通端相联。单片机在输出数据时，先输出一个位选通信号到位选通驱动电路(位选寄存器)，再送一个数字到7段驱动器(7段寄存器)，这样就可在数码管上显示出一个数字。
本实用新型的8748单片机作数据处理时使用合适的算法程序对传感器的输入输出特性曲线作拟合逼近计算，再由查表方式对各区段参数进行补偿以提高测试精度。此外，为了消除随机干扰，在采集数据时，使用均值算法程序，即对每一个测点连续测定10次，然后去掉一个最大值，去掉一个最小值，再作8次均值计算，使测得的误差信号更为真实。
本实用新型的工作程序如下开机－对同一测点采集10次数据，并作8次均值计算一作曲线拟合计算－分区段作参微补偿－作7段显示码转换－显示。测量工作周而复始进行。
本实用新型测试形位误差范围－2000μm——＋2000μm。
权利要求
1.电脑数显测微仪其特征在于由测头传感器，电压放大电路，模数转换电路，单片微机，显示驱动电路，显示器组成，所说的测头传感器由垂直安装的测杆和一水平安装的一端固定的悬臂弹性元件组成，电阻应变片R1、R2和R3、R4分别贴于弹性元件上，下表面组成电桥，测杆与弹性元件非固定端下表面接触，并使弹性元件预挠曲。
2.权利要求
1所提出的电脑数显测微仪，其特征在于所说的电压放大电路由两个电压跟随器作输入极，以同相输入方式和差分放大器联接，有调零电阻将预应力输出电压调到标准预应力输出电压，所说的模数转换电路为A／D模数转换芯片，所说的单片微机由CPU、ROM、RAM两个输入输出接口组成，所说的显示驱动电路由七段显示码驱动电路和位选通驱动电路组成，所说的显示器为液晶数码管，所说的电阻应变片为半导体应变片。
3.权利要求
1，2提出的电脑数显测微仪其特征在于所说的测杆由上测杆和下测杆组成，上测杆下端有螺纹，下测杆上端有螺孔，上测杆可旋入下测杆调节测杆长度，有锁紧螺帽，有顶紧螺帽给表壳套筒内的弹簧预加载，表壳的上端有连接螺杆，有一两端凸起的横杆与螺杆相联接。
专利摘要
本实用新型与机械量电子测量仪表有关。通过测头传感器将机械量转变为电量，经电压放大器放大后由数模转换器将电压信号转换成二进制数字电压信号，送入单片微机处理。单板机使用曲线拟合，各区段参数补偿诸程序提高测试精度，鉴别正负误差信号，最后数据输入七段显示码驱动电路和位选通电路，由液晶数码管显示测量结果。
文档编号G01B7/02GK87205253SQ87205253
公开日1988年7月27日 申请日期1987年11月28日
发明者王胜果 申请人:王胜果导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan