專利名稱：數顯膠圈測長儀的制作方法
技術領域：
本發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顯膠圈測長儀。
背景技術：
根據紡織行業標準FZ/T90039.1-92規定，當膠圈的寬度為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，由力學知識可知彈簧的伸長與應變成正比，因此當膠圈的周長有很大變動時，施加在膠圈上的力也產生很大的變動，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，同時測量的精度也受機械系統及環境影響較大。指針式顯示方式也使讀數不夠直觀。而液壓式又使整個系統過于復雜，同時在向膠圈加力時由于液壓泵的脈動性使系統的精度難以提高。

發明內容
為克服現有測量儀測量精度低、讀數不便的缺點，本發明的目的在于，提供一種數顯膠圈測長儀，本發明利用重物向被測膠圈施加額定力，利用空氣阻尼系統克服配重下降過程中產生的沖量。并以數碼管實時顯示測量結果，讀數方便快捷。
實現上述任務的技術解決方案是，一種能夠測量彈性膠圈周長的數顯膠圈測長儀，包括一底板，在底板上垂直安裝有主架板和側架板構成整個儀器的骨架；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桿，導桿的上端與上測量頭固聯在一起，導桿的下端與底板固聯在一起；沿兩根導桿安裝有下測量頭，下測量頭可以沿兩根導桿上下移動；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在一起；下測量頭的右側固定安裝有第一軸；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，第三軸上固聯有手輪；當手輪轉動時，曲柄和第三軸也一起繞第三軸的軸線旋轉；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；當下測量頭沿導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、連軸器驅動光電編碼器旋轉，將下測量頭的垂直移動轉變為電信號通過電纜傳送到儀器內設置的電路系統，電路系統計算后再將結果用數碼管顯示出來；氣缸的底部通過導氣管與節氣閥連通。
所述節氣閥的開度可以調節，以調節下測量頭的下降速度。調節節氣閥開度的大小，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，保證測量的準確性。
電路系統是以8031單片機為核心組成的，由光電編碼器送入的脈沖信號經過整形輸入8031單片機，計算結果再經驅動模塊74LS07驅動后送數碼管實時顯示。
本發明由氣缸、活塞、節氣閥組成空氣阻尼器，利用空氣阻尼系統克服配重下降過程中產生的沖量。并以數碼管實時顯示測量結果，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施加在膠圈上的力總是一個穩定值，保證了測量的精度。經實驗驗證測量精度可以達到小數點后兩位。和傳統測長儀相比，大幅提高了測量精度。


圖1是數顯膠圈測長儀主視圖；圖2是數顯膠圈測長儀側視圖；圖3是數顯膠圈測長儀俯視圖；圖4是數顯膠圈測長儀電路框圖。
圖中所示的符號分別表示1、導氣管，2、氣缸，3、底板，4、導桿，5、活塞，6、下測量頭，7、齒條，8、齒輪，9、上測量頭，10、電路系統，11、第一軸，12、連桿，13、第二軸，14、曲柄，15、側架板，16、第三軸，17、手輪，18、節氣閥，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，本發明的數顯膠圈測長儀具體結構是包括一底板3，在底板3上垂直安裝有主架板22和側架板15構成整個儀器的骨架。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桿4，導桿4的上端與上測量頭固聯在一起，下端與底板固聯在一起。沿兩根導桿4安裝有下測量頭6，下測量頭6可以沿兩根導桿4上下移動。在下測量頭上安裝有齒條7，齒條7與下測量頭固聯在一起。下測量頭的右側固定安裝有第一軸11。手輪17與第三軸16固聯在一起，而第三軸16的左端固聯有曲柄14，的當轉動手輪17時曲柄14和第三軸16也一起繞第三軸16的軸線旋轉。曲柄14上固聯有第二軸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。當下測量頭6沿導桿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驅動光電編碼器19旋轉，將下測量頭6的垂直移動轉變為電信號通過電纜傳送到電路系統10，電路系統10計算后再將結果用數碼管顯示出來。氣缸2的底部通過導氣管1與節氣閥18連通，由于空氣的阻尼作用，調節氣閥18開度便可以調節下測量頭6的下降速度。經實驗驗證，通過調節節氣閥18可以將下測量頭下降的速度限制在誤差允許的范圍內。
電路系統是以8031單片機為核心組成的，由光電編碼器送入的脈沖信號經過整形輸入8031單片機系統，計算結果再經驅動模塊74LS07驅動后送數碼管適時顯示。
根據紡織行業標準FZ/T90039.1-92規定，當膠圈的寬度為W＝24～35mm，厚度δ＝0.91-1.15mm。測量中施加的額定張力為13N。本發明的工作過程如下手動順時針轉動手輪17，固定在第三軸16上的曲柄14也順時針轉動，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沿兩條導桿4向上運動，當下測量頭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作為開關元件將電信號立刻輸入單片機8031，作為測量膠圈的原始數據。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轉動，第四軸21通過連軸器20帶動光電編碼器19同步轉動，光電編碼器19將實際轉動的角度轉換成電脈沖經整形后輸入單片機8031，在經單片機運算后，將信號送入驅動模塊74LS07，驅動器再將信號輸入數碼管實時顯示。
設下測量頭6的質量為m，當下測量頭下降時，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.瞬間變為零速度，根據動量原理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。設在F的作用下膠圈產生附加伸長Δ1，由于手動釋放狀態每次不盡相同，下測量頭系統動.靜摩擦系統的變化，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的范圍內變化，進而引起附加作用力F在F±ΔF的范圍內變化，使得附加伸長也在一定范圍內變化，這樣極大的影響膠圈長度測量的準確性和穩定性。
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、導氣管1、節氣閥18組成的空氣阻尼器。活塞5定在下測量頭底面上，汽缸2固定在機座底板上，當下測量頭下降時活塞將缸體內空氣壓縮，缸內空氣壓力升高，壓縮空氣經節氣閥的閥口排出，
只要調節節氣閥閥口通流截面面積的大小，就可以控制缸體內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，對于空氣K＝1.4；V為缸體排氣側的容積(m3)。
若要完全實現下測量頭與膠圈碰撞接觸時的速度為零，必須滿足T＝E，聯立(1)式和(2)式可求出P1p1=[mv′22KP0(K-1)V+1]kk-1]]>由流體力學可知阻尼孔前后壓差ΔP為ΔP=P1-P0=QCdA0m---(4)]]>式中Q是流經節流孔的流量(m3)；Cd是流量系數；A0是節流孔通流截面面積(m2)；m是指數。
由(4)式可知只要調節節氣閥節流孔流通面積的大小就可以得到所要求的壓力P1但要實現碰撞的速度完全為零。節流孔的流通截面應隨膠圈長度的變化以及活塞運動速度的變化而變化。這樣會使結構過于復雜，所以本儀器最后采用調試的辦法，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。
本發明的數顯膠圈測長儀，其技術效果是1、利用齒輪齒條及光電編碼器機構將下測量頭的垂直位移轉換為電脈沖信號，電路系統再由電脈沖信號計算出膠圈的周長，并由數碼管實時顯示出來，測量精度高，讀數方便快捷。
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施加在膠圈上的力總是一個穩定值，保證了測量的精度。經實驗驗證測量精度可以達到小數點后兩位。較之傳統測長儀大幅提高了測量精度。
權利要求
1.一種數顯膠圈測長儀，包括一底板(3)，在底板(3)上垂直安裝有主架板(22)和側架板(15)構成整個儀器的骨架；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)平面的導桿(4)，導桿(4)的上端與上測量頭(9)固聯在一起，導桿(4)的下端與底板(3)固聯在一起；沿兩根導桿(4)安裝有下測量頭(6)，下測量頭(6)可以沿兩根導桿(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)固聯在一起；下測量頭(6)的右側固定安裝有第一軸(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)上固聯有手輪(17)；當手輪(17)轉動時，曲柄(14)和第三軸(16)也一起繞第三軸(16)的軸線旋轉；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)；當下測量頭(6)沿導桿(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)驅動光電編碼器(19)旋轉，將下測量頭(6)的垂直移動轉變為電信號通過電纜傳送到儀器內設置的電路系統(10)，電路系統(10)計算后再將結果用數碼管顯示出來；氣缸(2)的底部通過導氣管(1)與節氣閥(18)連通。
2.如權利要求1所述的數顯膠圈測長儀，其特征在于，所述節氣閥(18)的開度可以調節下測量頭(6)的下降速度。
3.如權利要求1所述的數顯膠圈測長儀，其特征在于，電路系統(10)是以8031單片機為核心組成的，由光電編碼器(19)送入的脈沖信號經過整形輸入8031單片機，計算結果再經驅動模塊74LS07驅動后送數碼管實時顯示。
全文摘要
本發明公開了一種能夠測量彈性膠圈周長的數顯膠圈測長儀。根據紡織行業標準FZ/T90039.1－92規定，當膠圈的寬度為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、導桿、手輪及連桿機構，和由氣缸、活塞、節氣閥組成空氣阻尼器，調節節氣閥開度的大小，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轉換并以數字量的形式顯示。
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 優先權日2004年11月15日
發明者劉琦云, 閆廣民, 孫華雷, 唐懷丹, 焦榮, 王建輝 申請人:西安思源職業學院