专利名称：用磁场相互作用力的原理测量微小长度的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量微小长度的装置。
背景技术：
随着科学技术和工业生产的发展，产品的小型化或微型化越来越成为一个 重要的分支，因而微小长度的测量越来越多如细丝、小孔、镀层厚度、集成 电路中的氧化层厚度、各元件间的微小距离、计算机中磁头与磁盘间的微小间 隙等等；而且精度要求也越来越高，如超大规模集成电路中要求位置的测量精 度为0.1ym的数量级。科学技术向微小领域发展，由毫米级、微米级继而涉 足到纳米级，即微/纳米技术，微/纳米技术研究和探测物质结构的功能尺寸与 分辨力达到微米至纳米级尺度，使人类在改造自然方面深入到原子、分子级的 纳米层次。微/纳米技术的发展，离不开微米级和纳米级的测量技术与设备， 而这些设备目前均是融合了光、机、电、算等多学科的综合技术，制作及应用 十分复杂，技术水平超越了现有的纯机械、纯光学、纯电学等传统的测量技术。
现有的纳米测量仪器有扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(Atomic Force Microscope简称AFM)等，但它们却存在各自的不足，如扫描隧道显 微镜只能观测导体或半导体，而不能观测非导体；原子力显微镜的放射性容易 破坏所观测物体，特别是在对微生物进行观测时，这类显微镜会影响分析结果。 同时，这些观测仪器还有调试操作复杂、造价昂贵、量程小、精度还有待提高 等不足，因此，时代的发展迫切地要求提出新的测量装置以满足测量微小长度 的需要。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用磁场相互作用力的原理测量微小长度的 装置，它可解决现有纳米测量仪器存在调试操作复杂、造价昂贵、量程小、精 度还有待提高的问题。 .
本实用新型的装置的一种技术方案是本实用新型包括支架、上磁铁、下
磁铁；本实用新型还包括测量仪、磁铁行程限位筒、距离调节装置和测量装置； 所述测量仪是压力测量仪，所述测量装置是测量头，所述磁铁行程限位筒的上 端面设有中心 L，磁铁行程限位筒固装在支架内，所述上磁铁和下磁铁均装在 磁铁行程限位筒内，且上磁铁和下磁铁相邻一端的磁性相同，下磁铁的下端通 过距离调节装置与压力测量仪连接，所述压力测量仪固定在支架内的底座上， 上磁铁的上端面与测量头的下端面固接，测量头的下端装在磁铁行程限位筒 内，测量头的上端穿过所述中心孔露在磁铁行程限位筒的外面。本实用新型的 装置的另一种技术方案是本实用新型包括支架、上磁铁、下磁铁；本实用新 型还包括法兰座、测量仪、磁铁行程限位筒、距离调节装置和测量装置；所述 测量仪是拉力测量仪，所述测量装置由上测量爪、下测量爪、上测量支臂、下 测量支臂组成，所述距离调节装置是调节螺杆总成，所述磁铁行程限位筒与支 架固接，所述上磁铁和下磁铁均装在磁铁行程限位筒内，且上磁铁和下磁铁相 邻一端的磁性相异，下磁铁的下端与拉力测量仪固接，所述拉力测量仪固定在 支架的底支座上，上磁铁的上端面与法兰座的下端面固接，所述调节螺杆总成 的下端装在法兰座的内台肩孔内，且调节螺杆总成与支架的内螺纹孔螺纹连 接，磁铁行程限位筒的侧壁上设有长孔，所述上测量爪和下测量爪相对设置， 所述上测量支臂和下测量支臂相对设置，上测量爪的一端固装在上测量支臂的 测量滑道内，下测量爪的一端固装在下测量支臂的测量滑道内，且上测量支臂 的一端穿过磁铁行程限位筒上的长孔与上磁铁固接，下测量支臂的一端穿过磁 铁行程限位筒上的长孔与下磁铁固接。
本实用新型具有以下有益效果 一、精度超高本实用新型虽然利用的是 纯机械技术，但具备了目前光、机、电、算融合技术很难达到的水平，利用本 实用新型的装置，在两个磁场强度足够大、距离足够近的前提下，足以测量出 纳米级、埃级甚至于更微小的长度。二、量程范围宽本实用新型的装置量程 范围可在埃级到米级的范围之间。三、造价低本实用新型的装置与现有的高 精度测量装置相比较，造价相当低。四、操作简单由于扫描隧道显微镜(STM) 和原子力显微镜(Atomic Force Microscope简称AFM)等高精度测量仪器操 作时必须有一套数据处理系统处理，才能显示出来，而本实用新型的装置可直 接从压力测量仪或拉力测量仪的示值读出，因此本实用新型相对于现有的高精
度测量装置简单、容易操作。五、应用范围广在现实生活的各个领域只要能 够转化为长度的任何物理量均可以采用本实用新型的装置来测量，本实用新型
既可用于测量微米、亚微米级，也可用于纳米级及精度更高的测量；既可用于
纯机械、传统仪器的更新改造，又可用于尖端科技的高层突破。在军用上，如
常规武器的改造提高，航空航天的各种测控技术等；民用上，传统产业上的更. 新改造，制造业的技术提高等。本实用新型的装置可与计算机、单片机连接后 进行自动测量、自动处理和自动控制，可间接测量温度、湿度、光度、体积、 容积、重量等。六、本实用新型的装置结构简单、容易加工制造。
图1是本实用新型的装置的整体结构主视图(测量仪是压力测量仪5)， 图2是本实用新型的装置的整体结构主视图(测量仪是拉力测量仪16)，图3 是图2的A向视图，图4是图2的B向视图，图5是本实用新型的装置的一 种测量范例主视图(测量仪是压力测量仪5),图6本实用新型的装置的一种 测量范例主视图(测量仪是拉力测量仪16),图7是半圆桶柱13的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图1说明本实施方式，本实施方式的装置由支架1、 上磁铁2、下磁铁3、测量仪、磁铁行程限位筒4、距离调节装置8和测量装 置组成；所述测量仪是压力测量仪5，所述测量装置是测量头6，所述磁铁行 程限位筒4的上端面设有中心孔7，磁铁行程限位筒4固装在支架1内，所述 上磁铁2和下磁铁3均装在磁铁行程限位筒4内，且上磁铁2和下磁铁3相邻 一端的磁性相同，下磁铁3的下端通过距离调节装置8与压力测量仪5连接， 所述压力测量仪5固定在支架1内的底座9上，上磁铁2的上端面与测量头6 的下端面固接，测量头6的下端装在磁铁行程限位筒4内，测量头6的上端穿 过所述中心孔7露在磁铁行程限位筒4的外面。本实施方式中的压力测量仪5 为外购件。
具体实施方式
二结合图1说明本实施方式，本实施方式的距离调节装置 8由套筒10、套筒底40、外螺纹导柱ll、旋转螺帽12、螺帽内挡圈39组成； 所述螺帽内挡圈39装在套筒10内，旋转螺帽12装在螺帽内挡圈39和套筒 10上且与螺帽内挡圈39固接，外螺纹导柱11的下端穿过旋转螺帽12装在套
筒10内，且外螺纹导柱11与旋转螺帽12螺纹连接，套筒10的下端面与套筒 底40固接，套筒底40装在所述压力测量仪5上，所述下磁铁3装在外螺纹导 柱11上。如此设置，可方便调整下磁铁3的上下位置。其它组成及连接关系 与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图1和图7说明本实施方式，本实施方式的支架1 由底座9、半圆桶柱13、固定筋14组成；所述半圆桶柱13的下端与底座9 的上端面固接，半圆桶柱13的内壁上固装有固定筋14，所述固定筋14与磁 铁行程限位筒4的外壁固接。如此设置，具有结构简单、使用安全可靠的优点。 其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四结合图2~图4说明本实施方式，本实施方式的装置由 支架1、上磁铁2、下磁铁3、法兰座15、测量仪、磁铁行程限位筒4、距离 调节装置8和测量装置组成；所述测量仪是拉力测量仪16，所述测量装置由 上测量爪17、下测量爪18、上测量支臂33、下测量支臂34、第一锁紧螺丝 37、第二锁紧螺丝38组成，所述距离调节装置8是调节螺杆总成，^f述磁铁 行程限位筒4与支架1固接，所述上磁铁2和下磁铁3均装在磁铁行程限位筒 4内，且上磁铁2和下磁铁3相邻一端的磁性相异，下磁铁3的下端与拉力测 量仪16固接，所述拉力测量仪16固定在支架1的底支座19上，上磁铁2的 上端面与法兰座15的下端面固接，所述调节螺杆总成的下端装在法兰座15 的内台肩孔21内，且调节螺杆总成与支架l的内螺纹孔20螺纹连接，磁铁行 程限位筒4的侧壁上设有长孔22，所述上测量爪17和下测量爪18相对设置， 所述上测量支臂33和下测量支臂34相对设置，上测量爪17的一端装在上测 量支臂33的测量滑道35内，上测量爪17通过装在上测量爪17的内螺纹孔中 的第一锁紧螺丝37与上测量支臂33固接，下测量爪18的一端装在下测量支 臂34的测量滑道36内，下测量爪18通过装在下测量爪18的内螺纹孔中的第 二锁紧螺丝38与下测量支臂34固接，上测量支臂33的一端穿过磁铁行程限 位筒4上的长孔22与上磁铁2固接，下测量支臂34的一端穿过磁铁行程限位 筒4上的长孔22与下磁铁3固接。本实施方式中的拉力测量仪16为外购件。
具体实施方式
五结合图2说明本实施方式，本实施方式的调节螺杆总成 由旋转帽23、螺杆24、螺帽25组成；所述旋转帽23和螺杆24制成一体，所
述螺杆24的上端与旋转帽23的下端面固接，螺杆24的下端与装在法兰座15 的内台肩孔21中的螺帽25螺纹连接。如此设置，具有结构简单、调整方便的 优点。其它组成及连接关系与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
六结合图2说明本实施方式，本实施方式的支架l由竖板 26、底支座19、筋板27、上限位板28组成；所述竖板26的下端与底支座19 的上端面固接，上限位板28位于底支座19的上方且与竖板26固接，所述上 限位板28由水平板29和轴套30组成，所述轴套30的下端面与水平板29的 上端面固接，轴套30和水平板29上设有同轴的内螺纹孔20，所述螺杆24与 所述内螺纹孔20螺纹连接，所述磁铁行程限位筒4和上限位板28分别与筋板 27固接，筋板27与竖板26固接。如此设置，结构简单、使用安全可靠。其 它组成及连接关系与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
七结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四的不同点是本实施方式还增加有连接环31;所述连接环31与下磁铁3的 下端面固接，所述拉力测量仪16与连接环31连接。如此设置，可方便拉力测 量仪16与下磁铁3的连接。
利用具体实施方式
一的技术方案测量金属块32的热膨胀量的方法是通 过先调节距离调节装置8来调节上、下磁铁的间距，使压力测量仪5显示测量 值，此测量值为使用者需要的精度范围，再将测量头6顶在已经固定的金属块 32的测量面上，通过加热使金属块32自身温度升高到预定温度，此时通过压 力测量仪5的示值之差即可得出该金属块32的热膨胀数值(参照附图5)。
利用具体实施方式
四的技术方案测量金属块32的热膨胀量的方法是通 过先调节距离调节装置8来调节上、下磁铁的间距，使拉力测量仪16显示测 量值，此测量值为使用者需要的精度范围，再调整上、下两个测量爪在上、下 两个测量支臂的测量滑道上的间距，直至上、下两个测量爪夹住被测金属块 32的测量面上，并使上、下两个测量爪与上、下两个测量支臂固定，通过加 热使金属块32的自身温度升高到预定温度，此时通过拉力测量仪16的示值之 差即可得出该金属块32的热膨胀数值(参照附图6)。
权利要求1、一种用磁场相互作用力的原理测量微小长度的装置，它包括支架(1)、上磁铁(2)、下磁铁(3)；其特征在于它还包括测量仪、磁铁行程限位筒(4)、距离调节装置(8)和测量装置；所述测量仪是压力测量仪(5)，所述测量装置是测量头(6)，所述磁铁行程限位筒(4)的上端面设有中心孔(7)，磁铁行程限位筒(4)固装在支架(1)内，所述上磁铁(2)和下磁铁(3)均装在磁铁行程限位筒(4)内，且上磁铁(2)和下磁铁(3)相邻一端的磁性相同，下磁铁(3)的下端通过距离调节装置(8)与压力测量仪(5)连接，所述压力测量仪(5)固定在支架(1)内的底座(9)上，上磁铁(2)的上端面与测量头(6)的下端面固接，测量头(6)的下端装在磁铁行程限位筒(4)内，测量头(6)的上端穿过所述中心孔(7)露在磁铁行程限位筒(4)的外面。
2、 根据权利要求1所述的用磁场相互作用力的原理测量微小长度的装置， 其特征在于所述距离调节装置(8)由套筒(10)、套筒底(40)、外螺纹导柱(ll)、 旋转螺帽(12)、螺帽内挡圈(39)组成；所述螺帽内挡圈(39)装在套筒(10)内，旋 转螺帽(12)装在螺帽内挡圈(39)和套斷10)上且与螺帽内挡圈(39)固接，外螺纹 导柱(11)的下端穿过旋转螺帽(12)装在套銜10)内，且外螺纹导柱(ll)与旋转螺 帽(12)螺纹连接，套筒(10)的下端面与套筒底(40)固接，套筒底(40)装在所述压 力测量仪(5)上，所述下磁铁(3)装在外螺纹导柱(11)上。
3、 根据权利要求1所述的用磁场相互作用力的原理测量微小长度的装置， 其特征在于所述支架(1)由底座(9)、半圆桶柱(13)、固定筋(14)组成；所述半圆 桶柱(13)的下端与底座(9)的上端面固接，半圆桶柱(13)的内壁上固装有固定筋 (14)，所述固定銜14)与磁铁行程限位筒(4)的外壁固接。
4、 一种用磁场相互作用力的原理测量微小长度的装置，它包括支架(l)、 上磁铁(2)、下磁铁(3);其特征在于它还包括法兰座(15)、测量仪、磁铁行程限 位筒(4)、距离调节装置(8)和测量装置；所述测量仪是拉力测量仪(16)，所述测 量装置包括上测量爪(17)、下测量爪(18)、上测量支臂(33)、下测量支臂(34)， 所述距离调节装置(8)是调节螺杆总成，所述磁铁行程限位筒(4)与支架(l)固接， 所述上磁铁(2)和下磁铁(3)均装在磁铁行程限位筒(4)内，且上磁铁(2)和下磁铁 (3)相邻一端的磁性相异，下磁铁(3)的下端与拉力测量仪(16)固接，所述拉力测量仪(16)固定在支架(1)的底支座(19)上，上磁铁(2)的上端面与法兰座(15)的下 端面固接，所述调节螺杆总成的下端装在法兰座(15)的内台肩孔(21)内，且调 节螺杆总成与支架(1)的内螺纹孔(20)螺纹连接，磁铁行程限位筒(4)的侧壁上设 有长孔(22)，所述上测量爪(17)和下测量爪(18滩对设置，所述上测量支臂(33) 和下测量支臂(34滩对设置，上测量爪(17)的一端固装在上测量支臂(33)的测量 滑道(35)内，下测量爪(18)的一端固装在下测量支臂(34)的测量滑道(36)内，且 上测量支臂(33)的一端穿过磁铁行程限位筒(4)上的长孔(22)与上磁铁(2)固接， 下测量支臂(34)的一端穿过磁铁行程限位筒(4)上的长孔(22)与下磁铁(3)固接。
5、 根据权利要求4所述的用磁场相互作用力的原理测量微小长度的装置， 其特征在于所述调节螺杆总成由旋转帽(23)、螺杆(24)、螺帽(25)组成；所述螺 杆(24)的上端与旋转帽(23)的下端面固接，螺杆(24)的下端与装在法兰座(15)的 内台肩孔(21)中的螺帽(25)螺纹连接。
6、 根据权利要求5所述的用磁场相互作用力的原理测量微小长度的装置， 其特征在于所述支架(1)由竖板(26)、底支座(19)、筋板(27)、上限位板(28)组成； 所述竖板(26)的下端与底支座(19)的上端面固接，上限位板(28)位于底支座(19) 的上方且与竖板(26)固接，所述上限位板(28)由水平板(29)和轴套(30)组成，所 述轴對30)的下端面与水平板(29)的上端面固接，轴套(30)和水平板(29)上设有 同轴的内螺纹孔(20)，所述螺杆(24)与所述内螺纹孔(20)螺纹连接，所述磁铁行 程限位筒(4)和上限位板(28)分别与筋板(27调接，筋板(27)与竖板(26)固接。
7、 根据权利要求4所述的用磁场相互作用力的原理测量微小长度的装置， 其特征在于它还包括连接环(31);所述连接环(31)与下磁铁(3)的下端面固接， 所述拉力测量仪(16)与连接环(31)连接。
专利摘要用磁场相互作用力的原理测量微小长度的装置，它涉及一种测量微小长度的装置。解决现有纳米测量仪器调试操作复杂、造价高、量程小问题。装置一上、下磁铁装在磁铁行程限位筒(4)内且相邻一端磁性相同，下磁铁(3)通过距离调节装置(8)与压力测量仪(5)连接，上磁铁(2)与测量头(6)固接；其装置二与一不同点是上、下磁铁相邻一端磁性相异，下磁铁(3)与拉力测量仪(16)固接，上、下测量爪与上、下磁铁固接。本实用新型具有精度超高、量程宽、造价低、操作简单的优点，本实用新型既可用于测量微米、亚微米级，也可用于纳米级及精度更高的测量；既可用于纯机械、传统仪器的更新改造，又可用于尖端科技的高层突破。
文档编号G01B7/02GK201069352SQ200720117109
公开日2008年6月4日 申请日期2007年9月30日 优先权日2007年9月30日
发明者孙五一 申请人:孙五一