專利名稱：智能型氣電式三色電子柱測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電子式孔隙檢測裝置，尤其涉及一種高檢測精度的氣電式 測量儀。
技術(shù)背景目前使用的檢測精密工件內(nèi)孔直徑或精密工件外圓直徑的檢測裝置一般采 用氣電式單色光柱測量儀，其是由穩(wěn)壓室、氣測頭(測內(nèi)孔直徑)或外圓檢具 (測外圓直徑)、傳感器、主控板和顯示板構(gòu)成，主控板上的控制電路包括將傳 感器感測到的氣壓信號轉(zhuǎn)換成電信號的氣電轉(zhuǎn)換電路和將氣電轉(zhuǎn)換電路輸出的 電信號進(jìn)行抑躁、放大處理的信號處理電路；在使用時通過向氣測頭或外圓檢 具通氣， 一部分空氣經(jīng)由其上的測孔排出，排出的氣體量由測孔到氣壁的間隙 決定，剩余的氣體進(jìn)入穩(wěn)壓室，穩(wěn)壓室內(nèi)的氣壓變化通過氣路的傳遞被傳感器 的氣敏部件獲知，傳感器的作用就是將氣敏部件上的氣壓變化轉(zhuǎn)換為阻值的變 化。隨著穩(wěn)壓室中的氣壓變化，傳感器的阻值也相應(yīng)變化，傳感器上加電后， 傳感器輸出的電信號也相應(yīng)變化，該電信號再被送入信號處理電路進(jìn)行后續(xù)處 理，信號處理電路的輸出信號驅(qū)動顯示板上的顯示電路，將顯示板上由單色光 排管排列組成的光柱點亮，測量人員根據(jù)光柱上點亮的長度直觀地讀出所檢測 精密工件的直徑尺寸。在測內(nèi)孔直徑時向測量儀的穩(wěn)壓室內(nèi)通0.2 0.3Mpa的壓縮空氣，從穩(wěn)壓 室內(nèi)引出一條氣路，通到一個外徑比被測工件內(nèi)孔直徑略小約0.1 0.5mm的圓 柱形氣測頭上，在氣測頭圓柱壁上直徑線兩端分布有一對直徑O為0.5mm的測 孔，氣測頭里面有一氣路，在氣路正常連通的狀態(tài)下，向穩(wěn)壓室內(nèi)通氣后，約 0.2MPa的壓縮空氣可以從測孔吹出。將被測工件裝卡在一個水平的支架上，使 用時，氣測頭插入被測工件待測孔隙內(nèi)，此時氣測頭的測孔距工件內(nèi)壁的距離 足夠近，將氣測頭在工件孔隙內(nèi)部移動，隨著孔隙內(nèi)壁與測孔之間距離的相對 變化，測孔處逸出的氣體量也會隨之變化，引起穩(wěn)壓室內(nèi)的氣壓也發(fā)生相應(yīng)變 化。
對外圓直徑是使用一種帶有測孔的外圓檢具進(jìn)行測量，外圓檢具內(nèi)部設(shè)有 氣路，通到測孔上，當(dāng)被測工件裝卡到外圓檢具上時，檢具上的測孔正好對準(zhǔn)待測部位外徑的兩個端點，穩(wěn)壓室內(nèi)通氣后約0. 2MPa的壓縮空氣從測孔吹出， 隨著工件外壁與測孔之間距離的相對變化，測孔處逸出的氣體量也會隨之變化， 引起穩(wěn)壓室內(nèi)的氣壓也發(fā)生相應(yīng)變化。一般的單色柱式測量儀，測量精度不太高，不容易區(qū)分所測量的工件尺寸 是否超出工藝要求，如果遇到需要按精度對產(chǎn)品的優(yōu)劣分組的情形，無疑會大 大增加使用者的操作難度。 實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種高測量精度并能用三色分別顯示工件品質(zhì)種 類的智能型氣電式三色電子柱測量儀。本實用新型的技術(shù)方案如下一種智能型氣電式三色電子柱測量儀，其包括用于測量工件尺寸的測量裝 置，對測量裝置通氣的穩(wěn)壓室，感測穩(wěn)壓室內(nèi)氣壓變化并將氣壓變化信號轉(zhuǎn)換 成電信號的氣電轉(zhuǎn)換電路，對氣電轉(zhuǎn)換電路輸出信號進(jìn)行處理的信號處理電路 以及根據(jù)信號處理電路的輸出信號驅(qū)動顯示板上光柱發(fā)光的顯示電路，其中， 氣電轉(zhuǎn)換電路包括一用傳感器感測穩(wěn)壓室氣壓變化的氣壓感測電路和一接收氣 壓感測電路的輸出信號并可調(diào)整測量儀工作倍率的倍率放大電路；所述倍率放 大電路包括一高增益支流放大器，高增益支流放大器電源輸入端的兩接腳之間 并接一濾波電容(C2)，高增益支流放大器的信號輸入端與傳感器的信號輸出端 連接，傳感器的兩溫度反饋接腳與第一電位器(VR3)串聯(lián)組成倍率調(diào)整電路， 并接于高增益支流放大器的倍率調(diào)整端兩接點之間，高增益支流放大器的信號 輸出端連接信號處理電路的輸入接點。所述的智能型氣電式三色電子柱測量儀，其中，顯示板上的顯示光柱有兩 段，每段分別由多個三色光排管排列組成，光柱上每個三色光排管的接腳分別 接于顯示電路信號輸出端的相應(yīng)接腳上。所述的智能型氣電式三色電子柱測量儀，其中，所述氣壓感測電路中，傳 感器的兩輸入接點并接于一運算放大器的輸出端和反饋端之間，傳感器的調(diào)零 端連接第二電位器(VR2)的變阻觸點，第二電位器(VR2)輸入、輸出端分別串聯(lián)
一電阻(R4和R5)構(gòu)成傳感器的調(diào)零電路并接于傳感器的信號輸入端兩個接點之 間；運算放大器的輸出端和反饋端之間并接一反饋電容(C1)，第三電位器(VR1) 與一電阻(R3)串聯(lián)組成運算放大器的調(diào)整電路串接于運算放大器的反饋端和地 之間， 一分壓電阻(R1)串接一穩(wěn)壓二極管的負(fù)極并接于直流電源和地之間組成 運算放大器的穩(wěn)壓電路，分壓電阻(R1)和穩(wěn)壓二極管的中間接點通過一電阻(R2) 串接于運算放大器的輸入端。本實用新型采用上述技術(shù)方案后，將達(dá)到如下的技術(shù)效果 本實用新型的一種智能型氣電式三色電子柱測量儀，是將目前常用的氣電 式單色電子柱測量儀的氣電轉(zhuǎn)換部分優(yōu)化，使測量精度有效提高。本實用新型 測量儀氣電轉(zhuǎn)換電路中的倍率放大電路包括一高增益支流放大器，高增益支流 放大器電源輸入端的兩接腳之間并接一濾波電容，可濾除雜波，保證高增益支 流放大器上所加電源電壓的穩(wěn)定性；高增益支流放大器的信號輸入端與傳感器 的信號輸出端連接，傳感器的兩溫度反饋接腳與一電位器串聯(lián)組成倍率調(diào)整電 路，并接于高增益支流放大器的倍率調(diào)整端兩接點之間，傳感器的兩溫度反饋 接腳之間的阻值會隨著周圍環(huán)境溫度的升高而增加，因此將該倍率調(diào)整電路接 到高增益支流放大器的倍率調(diào)整端，可以起到反饋的作用，使高增益支流放大 器的放大倍數(shù)受周圍環(huán)境溫度的影響減小，從而大大提高氣電轉(zhuǎn)換電路的穩(wěn)定 性。另外，測量儀顯示面板上的光柱采用三色光排管排列組成，同時將顯示電 路中的單片機程序升級，使之根據(jù)主控板上信號處理電路傳來的信號分別控制 三色光排管的三個接腳，使之發(fā)綠光、黃光或紅光，方便測量人員直接地判斷 出所測量工件為優(yōu)等品、合格品還是廢次品，操作比單色電子柱測量儀更簡單、 直觀。

圖1為智能型氣電式三色電子柱測量儀主控板上氣電轉(zhuǎn)換電路的電路圖。圖2為智能型氣電式三色電子柱測量儀主控板上信號處理電路的電路圖。圖3為三色光排管上一個發(fā)光點的示意圖。圖4a為三色光排管組成的一段光柱的電路連接示意圖。圖4b為三色光排管組成的另一段光柱的電路連接示意圖。圖5為智能型氣電式三色電子柱測量儀的工作流程示意圖。
具體實施方式
實施例1:本實用新型提供了一種智能型氣電式三色電子柱測量儀，圖1為其主控板上氣電轉(zhuǎn)換電路的電路圖，主控板電源采用12^5V的直流電源。該氣電轉(zhuǎn)換電. 路包括一用傳感器感測穩(wěn)壓室氣壓變化的氣壓感測電路和一接收氣壓感測電路 的輸出信號并可調(diào)整測量儀工作倍率的倍率放大電路；所述氣壓感測電路中的 傳感器采用直流型的半導(dǎo)體壓力傳感器，型號為ICS1210030D，它以電橋方式工 作；傳感器的氣敏部件置于從穩(wěn)壓室內(nèi)引出的氣路處。氣壓感測電路中， 一運算放大器LM741為傳感器提供驅(qū)動電流。運算放大 器LM741的電源輸入端正極7連接直流電源的正極，電源輸入端負(fù)極4接地； 一分壓電阻R1 —端與電源正極連接，另一端串接穩(wěn)壓二極管LM385(1.2V)的負(fù) 極，穩(wěn)壓二極管LM385的正極接地，構(gòu)成運算放大器LM741的穩(wěn)壓電路，分壓 電阻R1與穩(wěn)壓二極管LM385的中間接點串聯(lián)一電阻R2，電阻R2的另一端接入運' 算放大器LM741的信號輸入端,為運算放大器LM741提供1. 2V的穩(wěn)定電壓；運 算放大器LM741的輸出端6和反饋端2之間并聯(lián)一反饋電容C1，輸出端6輸出 一個大約1. 5mA的基準(zhǔn)電流，用于驅(qū)動傳感器；第三電位器VR1與一電阻R3串 聯(lián)組成運算放大器LM741的調(diào)整電路，該調(diào)整電路串接于運算放大器的反饋端2 和地之間，調(diào)整電位器VR3可調(diào)節(jié)運算放大器輸出端6輸出的基準(zhǔn)電流。傳感器ICS1210030D電橋上有四個接腳，相對的兩接腳4腳和2腳并接于 運算放大器LM741的輸出端6和反饋端2之間，用于接收運算放大器對其輸出 的驅(qū)動電流；傳感器的3腳連接第二電位器VR2的變阻觸點，第二電位器VR2 兩端分別串聯(lián)一電阻R4、 R5構(gòu)成傳感器的調(diào)零電路，調(diào)零電路并聯(lián)于傳感器的 4腳和2腳之間；傳感器的信號輸出接腳1腳和3腳分別連接倍率放大電路中高 增益支流放大器AD624AD的信號輸入端1腳和2腳。運算放大器輸出端6輸出 的驅(qū)動電流輸入到傳感器電源輸入端的4腳上時，使傳感器的電橋不平衡偏置， 隨著氣敏元件感測到的氣壓變化，傳感器電橋橋臂上的等效電阻的阻值會隨之 改變，因而傳感器的輸出端1腳輸送到高增益支流放大器輸入端1腳上的電信 號也相應(yīng)變化。所述倍率放大電路中的高增益支流放大器AD624AD，其電源輸入端的8腳和 7腳分別連接直流電源的正極和負(fù)極；8腳和7腳之間還并聯(lián)了一濾波電容C2， 其作用是濾除雜波，保證加在放大器上的電源電壓的穩(wěn)定性；高增益支流放大 器AD624AD的信號輸入端1腳與傳感器的信號輸出端1腳連接；傳感器的兩個 溫度補償接腳5腳、6腳之間有一阻值，它們與第一電位器VR3串聯(lián)組成高增益 支流放大器的倍率調(diào)整電路，并接于高增益支流放大器的倍率調(diào)整端3腳和16 腳之間，傳感器的5腳、6腳之間的阻值會隨著周圍環(huán)境溫度的升高而增加，因 此該倍率調(diào)整電路可以起到溫度補償?shù)淖饔?，使高增益支流放大器AD624AD的 放大倍數(shù)受周圍環(huán)境溫度的影響減小，從而大大提高氣電轉(zhuǎn)換電路的穩(wěn)定性； 調(diào)整第一電位器VR3可以調(diào)整高增益支流放大器AD624AD的放大倍數(shù)；電位器 VR6、 VR7分別是調(diào)整高增益支流放大器AD624AD正負(fù)平衡的電位器，電位器VR6 兩端與高增益支流放大器AD624AD的5腳、4腳并聯(lián)，電位器VR7兩端與高增益 支流放大器AD624AD的15腳、14腳并聯(lián)，電位器VR6、 VR7的變阻觸點分別連 接于電源正極、負(fù)極。高增益支流放大器的信號輸出端10腳和9腳串接，其中間接點連接測量儀 主控板上信號處理電路的信號輸入端。該中間接點輸出的直流電壓信號在(T3V 之間，送到信號處理電路的電壓跟隨器LT1013進(jìn)行直流放大處理。另外，所述傳感器的兩個溫度補償接腳5腳、6腳之間的阻值約為6.7KQ， 就是圖1中高增益支流放大器AD624AD的3腳與16腳之間的第一電位器VR3與 之串聯(lián)的電阻，它們是傳感器ICS1210030D的一部分，傳感器ICS1210030D — 共有8個接腳，1、 2、 3、 4接腳在電橋上，7、 8腳懸空不用，5、 6腳之間就是 這個電阻，這個電阻近似于熱敏電阻，但其受溫度影響比熱敏電阻小，當(dāng)外界 溫度改變時，這個電阻的阻值會隨之變化。高增益支流放大器AD624AD的3腳 和16腳之間的阻值大小決定了它自己的放大倍數(shù)，因此將傳感器的5、 6腳接 在這里可以起到溫度補償?shù)淖饔?。圖2為智能型氣電式三色電子柱測量儀主控板上信號處理電路的電路圖， 圖5為智能型氣電式三色電子柱測量儀的工作流程示意圖，下面結(jié)合圖2和圖5 對本實用新型所提供的智能型氣電式三色電子柱測量儀主控板上的電路工作過 程進(jìn)行說明。穩(wěn)壓室的氣壓變化通過氣路的傳遞被傳感器的氣敏部件獲知，氣敏部件感
測到氣體壓力之后，傳感器電橋上其中一個橋壁的阻值發(fā)生變化，電橋平衡被打破，傳感器2、 4腳的輸入電壓不變，傳感器l、 3腳的輸出電壓發(fā)生改變，而且該輸出電壓是隨著傳感器感測到的氣壓變化而變化。這個變化量輸入到高 增益支流放大器AD624AD的信號輸入端1、 2腳上，通過高增益支流放大器進(jìn)行 放大處理。放大后的信號從AD624AD的9、 10腳的中間接點輸出，輸出的信號 量即9、 IO腳的串接接點對零電位的電位值；分別調(diào)整電位器VR6、 VR7，使放 大器AD624AD的正、負(fù)平衡，調(diào)整電位器VR3的變阻觸點調(diào)整放大器AD624AD 的放大倍數(shù)，也即整個測量儀的工作倍率。該輸出信號再次經(jīng)濾波處理后送到 主控板上電壓跟隨器LT1013的信號輸入端同相輸入5、反相輸入6。這里需要說明的是，與電路連接構(gòu)成電壓跟隨器的放大器LT1013是雙運算 放大器，里面有兩組可以獨立使用的放大器，將LT1013在電路中連接成電壓跟 隨器后，其5腳、6腳是其中一組運算放大器的同相輸入接點、反相輸入接點， 7腳是這一組運算放大器的信號輸出接點，圖2所示信號處理電路中出現(xiàn)的兩個 LT1013實際上是電壓跟隨器LT1013的兩組放大器，LT1013的2、 3腳和1腳分 別是其中另一組放大器的同相輸入接點、反相輸入接點和信號輸出接點。電壓跟隨器LT1013的第一組運算放大器從5腳、6腳輸入信號進(jìn)行放大處 理后，經(jīng)輸出接點7腳送出，由7腳送出的信號被送入其第二組運算放大器的 輸入端2腳和3腳再次進(jìn)行放大及反向處理，處理后的信號經(jīng)第二組運算放大 器的輸出接點l腳輸出。電壓跟隨器作為高內(nèi)阻信號源與低阻抗負(fù)載之間的緩沖器，可以使信號獲 得更強大的電壓驅(qū)動能力。電壓跟隨器LT1013最后由l腳輸出的信號需要進(jìn)行下一步的放大處理，因為下一步的放大處理是最后一步放大，所以信號的精度非常重要；為了抑制噪 聲信號，本實施例采用了放大器芯片TL062CP，先經(jīng)放大器芯片TL062CP的輸入 端2腳和3腳輸入，進(jìn)行一步反向處理，處理后的信號經(jīng)放大器芯片TL062CP 的輸出端1腳送入TL062CP的另一組輸入端5腳和6腳再經(jīng)過另一步反向并放 大處理，以維持較高的信噪比；上述處理后的信號經(jīng)放大器芯片TL062CP輸出 端7腳輸出，送入芯片MAX176的信號輸入端，芯片MAX176是個高精度、響應(yīng) 速度極快的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模擬電壓信號在這里被轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，接下來，
該數(shù)字信號被送入顯示電路的單片機AT89C52，單片機將該數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為高頻 開關(guān)信號，驅(qū)動三態(tài)同相八D鎖存器74LS373，鎖存器74LS373輸出相應(yīng)信號驅(qū) 動顯示板上組成光柱的三色光排管發(fā)光。使光柱按工件與噴嘴間隙的大小顯示 顏色、點亮相應(yīng)的長度。圖4a、圖4b為顯示板上三色光排管組成的兩段光柱的電路連接示意圖，測 量儀的顯示光柱由兩段組成，兩段基本對稱，所以這里僅就其中一段加以說明， 一段光柱由5只三色光排管組成， 一只三色光排管里包含10個發(fā)光點，每個發(fā) 光點設(shè)置有一個公共端腳， 一個紅光端腳和一個綠光端腳，圖3為三色光排管 一個發(fā)光點的示意圖，發(fā)光點上設(shè)置有紅光端腳l、綠光端腳2、公共端腳3及 發(fā)光部4，在紅光端腳1與公共端腳3之間加脈沖電壓時發(fā)光部4發(fā)紅光；綠光 端腳2與公共端腳3之間加脈沖電壓時發(fā)光部4發(fā)綠光；紅光端腳1 、綠光端腳 2與公共端腳3之間都加脈沖電壓時發(fā)光部4發(fā)出黃光。這樣， 一段光柱里面包 含50個公共端腳，50個紅光端腳，50個綠光端腳，控制這50個公共端腳的是 7根公共線，每根公共線控制8個相鄰的發(fā)光點的公共端腳(其中有一根公共線 控制的發(fā)光點不夠8個)；控制100個紅、綠發(fā)光端腳的是16根信號線，每根 信號線控制6 7個發(fā)光點；圖4a、圖4b中Z1-2、 Z1-19、 Z1-20、 Z2-1、 Z2-2、 Z2-20、 Z2-19是公共線，其余接線為發(fā)光信號線，圖4a所示光柱最上面、圖 4b光柱最下面的兩個元件是發(fā)光二極管，在公共線與信號線都得到信號時發(fā)光， 當(dāng)光柱的顯示超過最上端一個發(fā)光點時，此發(fā)光二極管亮；圖4b所示光柱的最 上面是一個三色發(fā)光二極管，用來作為零點，用途與用法與三色光排管上的發(fā) 光點相同，這里不再詳述。圖4a、圖4b所示兩段光柱在顯示板上為上下排列， 圖4a所示光柱在上，圖4b所示光柱在下。將單片機AT89C52中的程序進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，使之按照所輸入的信號量分別 控制三色光排管上發(fā)光點紅、綠兩腳電壓，控制發(fā)光點發(fā)出相應(yīng)顏色的光。具 體在使用中，可以通過單片機為氣電三色光柱設(shè)定一對警示值和一對報警值， 使光柱的顏色在工件尺寸處于正常范圍內(nèi)時顯示綠色，超出警示值但未達(dá)到報 警值時顯示黃色，超出報警值時顯示為紅色，也即分別對應(yīng)了優(yōu)等品、合格品 和廢次品。
權(quán)利要求200720089328.0權(quán)利要求書第1/1頁1、 一種智能型氣電式三色電子柱測量儀，其包括用于測量工件尺寸的測量 裝置，對測量裝置通氣的穩(wěn)壓室，感測穩(wěn)壓室內(nèi)氣壓變化并將氣壓變化信號轉(zhuǎn) 換成電信號的氣電轉(zhuǎn)換電路，對氣電轉(zhuǎn)換電路輸出信號進(jìn)行處理的信號處理電 路以及根據(jù)信號處理電路的輸出信號驅(qū)動顯示板上光柱發(fā)光的顯示電路，其特 征在于，氣電轉(zhuǎn)換電路包括一用傳感器感測穩(wěn)壓室氣壓變化的氣壓感測電路和 一接收氣壓感測電路的輸出信號并可調(diào)整測量儀工作倍率的倍率放大電路；所 述倍率放大電路包括一高增益支流放大器，高增益支流放大器電源輸入端的兩 接腳之間并接一濾波電容(C2)，高增益支流放大器的信號輸入端與傳感器的信 號輸出端連接，傳感器的兩溫度反饋接腳與第一電位器(VR3)串聯(lián)組成倍率調(diào) 整電路，并接于高增益支流放大器的倍率調(diào)整端兩接點之間，高增益支流放大 器的信號輸出端連接信號處理電路的輸入接點。 '2、 如權(quán)利要求l所述的智能型氣電式三色電子柱測量儀，其特征在于，顯 示板上的顯示光柱有兩段，每段分別由多個三色光排管排列組成，光柱上每個 三色光排管的接腳分別接于顯示電路信號輸出端的相應(yīng)接腳上。3、 如權(quán)利要求1或2所述的智能型氣電式三色電子柱測量儀，其特征在于， 所述氣壓感測電路中，傳感器的兩輸入接點并接于一運算放大器的輸出端和反 饋端之間，傳感器的調(diào)零端連接第二電位器(VR2)的變阻觸點，第二電位器(VR2) 輸入、輸出端分別串聯(lián)一電阻(R4和R5)構(gòu)成傳感器的調(diào)零電路并接于傳感器的 信號輸入端兩個接點之間；運算放大器的輸出端和反饋端之間并接一反饋電容 (Cl)，第三電位器(VR1)與一電阻(R3)串聯(lián)組成運算放大器的調(diào)整電路串接于運 算放大器的反饋端和地之間， 一分壓電阻(R1)串接一穩(wěn)壓二極管的負(fù)極并接于 直流電源和地之間組成運算放大器的穩(wěn)壓電路，分壓電阻(R1)和穩(wěn)壓二極管的 中間接點通過一電阻(R2)串接于運算放大器的輸入端。專利摘要本實用新型提供了一種智能型氣電式三色電子柱測量儀，其氣電轉(zhuǎn)換電路含有一用傳感器感測穩(wěn)壓室氣壓變化的氣壓感測電路和一接收氣壓感測電路的輸出信號并可調(diào)整測量儀工作倍率的倍率放大電路；氣壓感測電路中的傳感器將其氣敏部件置于穩(wěn)壓室引出的氣路處，傳感器的信號輸出端連接于倍率放大電路的信號輸入端，倍率放大電路的輸出端連接至主控板上的信號處理電路輸入端；優(yōu)化后的氣電轉(zhuǎn)換電路提高了測量儀的測量精度。另外，測量儀顯示面板上的兩段光柱采用三色光排管排列組成，接于顯示電路信號輸出端的相應(yīng)接腳上，同時將顯示電路中的單片機程序升級，使之根據(jù)主控板上信號處理電路傳來的信號控制三色光排管發(fā)出相應(yīng)不同顏色的光，顯示直觀。
文檔編號G01B13/00GK201021891SQ200720089328
公開日2008年2月13日 申請日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
發(fā)明者劉冬平, 宋小文, 宋海京, 殷建祥 申請人:河南省中原內(nèi)配股份有限公司