專利名稱：數(shù)顯膠圈測長儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量儀器，特別涉及一種能夠測量彈性膠圈周長的數(shù)顯膠圈測長儀。
背景技術(shù)：
根據(jù)紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T90039.1-92規(guī)定，當(dāng)膠圈的寬度為W＝24～35mm，厚度δ＝0.91-1.15mm。測量中施加的額定張力為13N。傳統(tǒng)的測長儀為彈簧式，液壓式等。
由于彈性元件測長的特殊性，使得到目前為止還沒有一個盡如人意的解決方案。傳統(tǒng)的測長儀為彈簧式，液壓式等。彈簧式測量儀采用彈簧向被測膠圈施加額定張力，由力學(xué)知識可知彈簧的伸長與應(yīng)變成正比，因此當(dāng)膠圈的周長有很大變動時，施加在膠圈上的力也產(chǎn)生很大的變動，而我們要施加在膠圈上的力是一個額定力(13N)并不隨測量范圍的變化而變化。從而難以保證全量程范圍內(nèi)的精度。在同等精度下彈簧式測量儀就把測量長度限制在一個很小的范圍內(nèi)，同時測量的精度也受機械系統(tǒng)及環(huán)境影響較大。指針式顯示方式也使讀數(shù)不夠直觀。而液壓式又使整個系統(tǒng)過于復(fù)雜，同時在向膠圈加力時由于液壓泵的脈動性使系統(tǒng)的精度難以提高。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有測量儀測量精度低、讀數(shù)不便的缺點，本發(fā)明的目的在于，提供一種數(shù)顯膠圈測長儀，本發(fā)明利用重物向被測膠圈施加額定力，利用空氣阻尼系統(tǒng)克服配重下降過程中產(chǎn)生的沖量。并以數(shù)碼管實時顯示測量結(jié)果，讀數(shù)方便快捷。
實現(xiàn)上述任務(wù)的技術(shù)解決方案是，一種能夠測量彈性膠圈周長的數(shù)顯膠圈測長儀，包括一底板，在底板上垂直安裝有主架板和側(cè)架板構(gòu)成整個儀器的骨架；其特征在于，在主架板的上方安裝有上測量頭，上測量頭的半圓型測量柱垂直于主架板的平面；在上測量頭和底板的平面之間安裝有兩根垂直于底板平面的導(dǎo)桿，導(dǎo)桿的上端與上測量頭固聯(lián)在一起，導(dǎo)桿的下端與底板固聯(lián)在一起；沿兩根導(dǎo)桿安裝有下測量頭，下測量頭可以沿兩根導(dǎo)桿上下移動；在下測量頭上安裝有齒條，齒條與齒輪連接，齒條與下測量頭固聯(lián)在一起；下測量頭的右側(cè)固定安裝有第一軸；第一軸通過連桿和第二軸與曲柄連接，曲柄的一端連接有第三軸，第三軸上固聯(lián)有手輪；當(dāng)手輪轉(zhuǎn)動時，曲柄和第三軸也一起繞第三軸的軸線旋轉(zhuǎn)；齒輪上連接有第四軸，并通過連軸器與光電編碼器連接，光電編碼器固定在底板上；在下測量頭的下底面上安裝有活塞，活塞的軸線與下測量頭的底面垂直；在底板上垂直與底板的平面安裝有氣缸；當(dāng)下測量頭沿導(dǎo)桿上下移動時便帶動活塞在氣缸中上下移動，同時通過齒輪、第四軸、連軸器驅(qū)動光電編碼器旋轉(zhuǎn)，將下測量頭的垂直移動轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柾ㄟ^電纜傳送到儀器內(nèi)設(shè)置的電路系統(tǒng)，電路系統(tǒng)計算后再將結(jié)果用數(shù)碼管顯示出來；氣缸的底部通過導(dǎo)氣管與節(jié)氣閥連通。
所述節(jié)氣閥的開度可以調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)下測量頭的下降速度。調(diào)節(jié)節(jié)氣閥開度的大小，便可以使下測量頭接觸膠圈時的速度趨近于零，從而使測量時施加的力總為一個額定力，保證測量的準(zhǔn)確性。
電路系統(tǒng)是以8031單片機為核心組成的，由光電編碼器送入的脈沖信號經(jīng)過整形輸入8031單片機，計算結(jié)果再經(jīng)驅(qū)動模塊74LS07驅(qū)動后送數(shù)碼管實時顯示。
本發(fā)明由氣缸、活塞、節(jié)氣閥組成空氣阻尼器，利用空氣阻尼系統(tǒng)克服配重下降過程中產(chǎn)生的沖量。并以數(shù)碼管實時顯示測量結(jié)果，測量所需的額定力來源于下測量頭自身的重量，空氣阻尼系統(tǒng)消除了下測量頭下降過程中的沖量，從而保證在全量程范圍內(nèi)施加在膠圈上的力總是一個穩(wěn)定值，保證了測量的精度。經(jīng)實驗驗證測量精度可以達到小數(shù)點后兩位。和傳統(tǒng)測長儀相比，大幅提高了測量精度。


圖1是數(shù)顯膠圈測長儀主視圖；圖2是數(shù)顯膠圈測長儀側(cè)視圖；圖3是數(shù)顯膠圈測長儀俯視圖；圖4是數(shù)顯膠圈測長儀電路框圖。
圖中所示的符號分別表示1、導(dǎo)氣管，2、氣缸，3、底板，4、導(dǎo)桿，5、活塞，6、下測量頭，7、齒條，8、齒輪，9、上測量頭，10、電路系統(tǒng)，11、第一軸，12、連桿，13、第二軸，14、曲柄，15、側(cè)架板，16、第三軸，17、手輪，18、節(jié)氣閥，19、光電編碼器，20、連軸器，21、第四軸，22、主架板。
具體實施例方式參見附圖1～4，本發(fā)明的數(shù)顯膠圈測長儀具體結(jié)構(gòu)是包括一底板3，在底板3上垂直安裝有主架板22和側(cè)架板15構(gòu)成整個儀器的骨架。在主架板22的上方安裝有上測量頭9，上測量頭9的半圓型測量柱垂直于主架板22的平面。在上測量頭和底板平面之間安裝有兩根垂直于底板平面的導(dǎo)桿4，導(dǎo)桿4的上端與上測量頭固聯(lián)在一起，下端與底板固聯(lián)在一起。沿兩根導(dǎo)桿4安裝有下測量頭6，下測量頭6可以沿兩根導(dǎo)桿4上下移動。在下測量頭上安裝有齒條7，齒條7與下測量頭固聯(lián)在一起。下測量頭的右側(cè)固定安裝有第一軸11。手輪17與第三軸16固聯(lián)在一起，而第三軸16的左端固聯(lián)有曲柄14，的當(dāng)轉(zhuǎn)動手輪17時曲柄14和第三軸16也一起繞第三軸16的軸線旋轉(zhuǎn)。曲柄14上固聯(lián)有第二軸13，第二軸13與第一軸11通過連桿12連接。光電編碼器19通過連軸器20與第四軸21對接在一起，齒輪8套在第四軸21上并固連在一起。光電編碼器19固定在底板上。
在下測量頭6的下底面上安裝有活塞5，活塞5的軸線與下測量頭的底面垂直。在底板3上垂直與底板3的平面安裝有氣缸2。當(dāng)下測量頭6沿導(dǎo)桿4上下移動時便帶動活塞5在氣缸2中上下移動，同時通過齒輪8、第四軸21、連軸器20驅(qū)動光電編碼器19旋轉(zhuǎn)，將下測量頭6的垂直移動轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柾ㄟ^電纜傳送到電路系統(tǒng)10，電路系統(tǒng)10計算后再將結(jié)果用數(shù)碼管顯示出來。氣缸2的底部通過導(dǎo)氣管1與節(jié)氣閥18連通，由于空氣的阻尼作用，調(diào)節(jié)氣閥18開度便可以調(diào)節(jié)下測量頭6的下降速度。經(jīng)實驗驗證，通過調(diào)節(jié)節(jié)氣閥18可以將下測量頭下降的速度限制在誤差允許的范圍內(nèi)。
電路系統(tǒng)是以8031單片機為核心組成的，由光電編碼器送入的脈沖信號經(jīng)過整形輸入8031單片機系統(tǒng)，計算結(jié)果再經(jīng)驅(qū)動模塊74LS07驅(qū)動后送數(shù)碼管適時顯示。
根據(jù)紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T90039.1-92規(guī)定，當(dāng)膠圈的寬度為W＝24～35mm，厚度δ＝0.91-1.15mm。測量中施加的額定張力為13N。本發(fā)明的工作過程如下手動順時針轉(zhuǎn)動手輪17，固定在第三軸16上的曲柄14也順時針轉(zhuǎn)動，帶動連桿12向上運動，第一軸11的一端空套在連桿12的小孔中，另一端固定在下測量頭6上，這樣連桿12通過第一軸11帶動下測量頭6沿兩條導(dǎo)桿4向上運動，當(dāng)下測量頭6上升到終點位置時，下測量頭6與固定在主架板22上的上測量頭9緊密接觸，在接觸的瞬間上.下測量頭6作為開關(guān)元件將電信號立刻輸入單片機8031，作為測量膠圈的原始數(shù)據(jù)。這時套上被測膠圈，松開手握的手輪17，下測量頭6在重力的作用下沿導(dǎo)桿4運動，直至下測量頭6與被測膠圈緊密接觸時停止運動。在下測量頭6下降的同時，固定在下測量頭左側(cè)的螺齒條8也隨下測量頭一同向下運動，帶動與之相嚙合的齒輪8、第四軸21轉(zhuǎn)動，第四軸21通過連軸器20帶動光電編碼器19同步轉(zhuǎn)動，光電編碼器19將實際轉(zhuǎn)動的角度轉(zhuǎn)換成電脈沖經(jīng)整形后輸入單片機8031，在經(jīng)單片機運算后，將信號送入驅(qū)動模塊74LS07，驅(qū)動器再將信號輸入數(shù)碼管實時顯示。
設(shè)下測量頭6的質(zhì)量為m，當(dāng)下測量頭下降時，在重力mg的作用下下測量頭迅速與膠圈下端碰撞接觸，接觸的瞬間測頭的速度由最大速度vmax.瞬間變?yōu)榱闼俣龋鶕?jù)動量原理mVmax＝F·τ式中F是因下測量頭動量變化作用在膠圈上的附加作用力；τ是下測頭與膠圈碰撞接觸時間，一般τ＝0.1-0.01。
膠圈與下測量頭的接觸過程中除了受到重力mg的作用外，還要受到附加作用力F的作用。設(shè)在F的作用下膠圈產(chǎn)生附加伸長Δ1，由于手動釋放狀態(tài)每次不盡相同，下測量頭系統(tǒng)動.靜摩擦系統(tǒng)的變化，膠圈安裝位置的變化，τ值的變化等，都將引起下測量頭最大速度在Vmax±ΔV的范圍內(nèi)變化，進而引起附加作用力F在F±ΔF的范圍內(nèi)變化，使得附加伸長也在一定范圍內(nèi)變化，這樣極大的影響膠圈長度測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
為了下測量頭下降時與膠圈碰撞接觸中由于下測量頭動量變化而產(chǎn)生的附加伸長對測量精度的影響，安裝了由活塞5、氣缸2、導(dǎo)氣管1、節(jié)氣閥18組成的空氣阻尼器?；钊?定在下測量頭底面上，汽缸2固定在機座底板上，當(dāng)下測量頭下降時活塞將缸體內(nèi)空氣壓縮，缸內(nèi)空氣壓力升高，壓縮空氣經(jīng)節(jié)氣閥的閥口排出，
只要調(diào)節(jié)節(jié)氣閥閥口通流截面面積的大小，就可以控制缸體內(nèi)壓縮空氣壓力的大小，使下測量頭與膠圈碰撞接觸時的速度近似趨于零，也就是說FZ/T90039·1-92所規(guī)定的張力近似靜止地加到被測膠圈上。下測量頭下降過程中的最大動能T為T=12mV2max---(1)]]>式中vmax為下測量頭下降過程中的最大速度。下測量頭下降過程中固定在下測量頭底部的活塞也快速下降，缸體中的空氣受到壓縮，該壓縮過程可以近似地認(rèn)為是一個絕熱過程，空氣受壓縮后壓力由大氣壓P。升到壓力P所需的能量E為E=KK-1P0V[(P1P0)k-1k-1]---(2)]]>式中K為絕熱指數(shù)，對于空氣K＝1.4；V為缸體排氣側(cè)的容積(m3)。
若要完全實現(xiàn)下測量頭與膠圈碰撞接觸時的速度為零，必須滿足T＝E，聯(lián)立(1)式和(2)式可求出P1p1=[mv′22KP0(K-1)V+1]kk-1]]>由流體力學(xué)可知阻尼孔前后壓差ΔP為ΔP=P1-P0=QCdA0m---(4)]]>式中Q是流經(jīng)節(jié)流孔的流量(m3)；Cd是流量系數(shù)；A0是節(jié)流孔通流截面面積(m2)；m是指數(shù)。
由(4)式可知只要調(diào)節(jié)節(jié)氣閥節(jié)流孔流通面積的大小就可以得到所要求的壓力P1但要實現(xiàn)碰撞的速度完全為零。節(jié)流孔的流通截面應(yīng)隨膠圈長度的變化以及活塞運動速度的變化而變化。這樣會使結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，所以本儀器最后采用調(diào)試的辦法，使測量頭與膠圈碰撞接觸時的速度趨近為零，保證測量的精度。
本發(fā)明的數(shù)顯膠圈測長儀，其技術(shù)效果是1、利用齒輪齒條及光電編碼器機構(gòu)將下測量頭的垂直位移轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，電路系統(tǒng)再由電脈沖信號計算出膠圈的周長，并由數(shù)碼管實時顯示出來，測量精度高，讀數(shù)方便快捷。
2、測量所需的額定力來源于下測量頭自身的重量，空氣阻尼系統(tǒng)消除了下測量頭下降過程中的沖量，從而保證在全量程范圍內(nèi)施加在膠圈上的力總是一個穩(wěn)定值，保證了測量的精度。經(jīng)實驗驗證測量精度可以達到小數(shù)點后兩位。較之傳統(tǒng)測長儀大幅提高了測量精度。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)顯膠圈測長儀，包括一底板(3)，在底板(3)上垂直安裝有主架板(22)和側(cè)架板(15)構(gòu)成整個儀器的骨架；其特征在于，在主架板(22)的上方安裝有上測量頭(9)，上測量頭(9)的半圓型測量柱垂直于主架板(22)的平面；在上測量頭(9)和底板(3)的平面之間安裝有兩根垂直于底板(3)平面的導(dǎo)桿(4)，導(dǎo)桿(4)的上端與上測量頭(9)固聯(lián)在一起，導(dǎo)桿(4)的下端與底板(3)固聯(lián)在一起；沿兩根導(dǎo)桿(4)安裝有下測量頭(6)，下測量頭(6)可以沿兩根導(dǎo)桿(4)上下移動；在下測量頭(6)上安裝有齒條(7)，齒條(7)與齒輪(8)連接，齒條(7)與下測量頭(6)固聯(lián)在一起；下測量頭(6)的右側(cè)固定安裝有第一軸(11)；第一軸(11)通過連桿(12)和第二軸(13)與曲柄(14)連接，曲柄(14)的一端連接有第三軸(16)，第三軸(16)上固聯(lián)有手輪(17)；當(dāng)手輪(17)轉(zhuǎn)動時，曲柄(14)和第三軸(16)也一起繞第三軸(16)的軸線旋轉(zhuǎn)；齒輪(8)上連接有第四軸(21)，并通過連軸器(20)與光電編碼器(19)連接，光電編碼器(19)固定在底板上；在下測量頭(6)的下底面上安裝有活塞(5)，活塞(5)的軸線與下測量頭(6)的底面垂直；在底板(3)上垂直與底板(3)的平面安裝有氣缸(2)；當(dāng)下測量頭(6)沿導(dǎo)桿(4)上下移動時便帶動活塞(5)在氣缸(2)中上下移動，同時通過齒輪(8)、第四軸(21)、連軸器(20)驅(qū)動光電編碼器(19)旋轉(zhuǎn)，將下測量頭(6)的垂直移動轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柾ㄟ^電纜傳送到儀器內(nèi)設(shè)置的電路系統(tǒng)(10)，電路系統(tǒng)(10)計算后再將結(jié)果用數(shù)碼管顯示出來；氣缸(2)的底部通過導(dǎo)氣管(1)與節(jié)氣閥(18)連通。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)顯膠圈測長儀，其特征在于，所述節(jié)氣閥(18)的開度可以調(diào)節(jié)下測量頭(6)的下降速度。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)顯膠圈測長儀，其特征在于，電路系統(tǒng)(10)是以8031單片機為核心組成的，由光電編碼器(19)送入的脈沖信號經(jīng)過整形輸入8031單片機，計算結(jié)果再經(jīng)驅(qū)動模塊74LS07驅(qū)動后送數(shù)碼管實時顯示。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠測量彈性膠圈周長的數(shù)顯膠圈測長儀。根據(jù)紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T90039.1－92規(guī)定，當(dāng)膠圈的寬度為W＝24～35mm，厚度δ＝0.91－1.15mm。測量中施加的額定張力為13N。儀器包括在鋼制的底板上安裝的主架板、上測量頭、下測量頭、導(dǎo)桿、手輪及連桿機構(gòu)，和由氣缸、活塞、節(jié)氣閥組成空氣阻尼器，調(diào)節(jié)節(jié)氣閥開度的大小，便可以使下測量頭接觸膠圈時的速度趨近于零，從而使測量時施加的力總為一個額定力，保證測量的準(zhǔn)確性。測量膠圈的周長時首先擰動手輪通過連桿使下測量頭運動到導(dǎo)桿上端，將膠圈套在上下測量頭的半圓柱上，松開手輪，下測量頭在重力的作用下沿導(dǎo)桿向下移動，直到下測量頭碰到膠圈為止。下測量頭的運動被由編碼器及電路系統(tǒng)轉(zhuǎn)換并以數(shù)字量的形式顯示。
文檔編號G01B5/02GK1605826SQ20041007327
公開日2005年4月13日 申請日期2004年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月15日
發(fā)明者劉琦云, 閆廣民, 孫華雷, 唐懷丹, 焦榮, 王建輝 申請人:西安思源職業(yè)學(xué)院