專利名稱：量具的平面-圓筒型電容角度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于量具上的電容型傳感器，特別涉及一種通過平面電容片相對角度位移結(jié)合圓筒形電容耦合輸出，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示，從而進(jìn)行測量的平面一圓筒型電容角度傳感器。
以前廣泛用于機(jī)械等行業(yè)中的機(jī)械讀數(shù)式量具(如千分尺等)因其讀數(shù)精度低、功能單一而已不能適應(yīng)需要了。后來的帶機(jī)械數(shù)顯裝置的千分尺也沒有擺脫機(jī)械讀數(shù)式量具的缺點(diǎn)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多功能的數(shù)字顯示電子量具。日本三豐制作所在中國申請的專利(申請?zhí)?5108657A)文件中公布了一種用于數(shù)字顯示量具的容柵式傳感器，稱為“靜電電容型編碼器”。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、抗干擾性強(qiáng)、讀數(shù)也比較精確。但是，這種傳感器有以下的不足之處(1)由于電量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字需要一定的電量，也即要求有一定面積的電容片，所以這種傳感器不可能做得比現(xiàn)在的更小。(2)該傳感器是一種平面電容旋轉(zhuǎn)角度傳感器，如要求測量精確，就要求其中的發(fā)射電極、接收電極、耦合電極和輸出電極均需相互高度平行且垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)軸。然而，制造中的誤差是難免的。此外，從該編碼器的一實(shí)施例可知，電極片之間的間距如保持不變，則能保證檢測精度，而這里采用的、用以控制電極片之間距的滾珠軸承又恰恰存在不可克服的軸向間隙。還有，該編碼器中的轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒是支承于軸承上的，因而要求主軸與軸承絕對同心。這種要求在千分尺尺架的加工中是難以達(dá)到的。鑒于這些原因，該裝置的檢測精度難以提得較高。(3)該裝置的動(dòng)?xùn)牌糜趦啥牌g，所以在裝卸時(shí)，必須將兩者同時(shí)裝上或拆下。另外，定柵片上有導(dǎo)線與尺架上的千分尺專用芯片連結(jié)，必須事先焊去接線再行裝拆。所以，這種裝置在裝配和維修時(shí)較為不便。
本實(shí)用新型的主要目的是提供一種平面一圓筒型電容角度傳感器，它的結(jié)構(gòu)簡單，測量精度更高，裝拆方便，適于裝在各利數(shù)顯測微裝置里。
本實(shí)用新型的另一目的是提供一種平面一圓筒型電容角度傳感器，它的體積比已有技術(shù)的更小。
實(shí)現(xiàn)上述目的的具體方案是一種平面一圓筒型電容角度傳感器，它包適一可安裝在測量螺桿上、可隨測量螺桿旋轉(zhuǎn)并沿測量螺桿軸向移動(dòng)的動(dòng)?xùn)牌?，一可固定在量具殼體內(nèi)、鄰接于動(dòng)?xùn)牌⑴c一相位電壓源電氣連接的定棚片，一固定于動(dòng)棚片座的一端面并與定柵片正對的動(dòng)?xùn)牌?，一固定于?dòng)?xùn)牌膹较驁A周面上并和動(dòng)?xùn)牌姎膺B接的信號圓筒和一固定于量具殼體內(nèi)、與信號圓筒同心并與信號檢出部件電氣連接的信號檢出圓筒。
本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)是采用在動(dòng)?xùn)牌c定柵片之間復(fù)蓋的介質(zhì)系數(shù)大于1的介質(zhì)來增加電容量。
下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的一實(shí)施例作詳細(xì)的說明，由此可清楚看出本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其優(yōu)點(diǎn)。


圖1是表示本實(shí)用新型一實(shí)施例結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是本實(shí)用新型一實(shí)施例結(jié)構(gòu)的軸向剖視圖；圖3是定柵片的結(jié)構(gòu)和接線圖；圖4是動(dòng)?xùn)牌慕Y(jié)構(gòu)圖；圖5是表示信號圓筒與信號檢出圓筒相對位置的示意圖；圖6是使用本實(shí)用新型一實(shí)施例的一種量具的局部剖視圖。
所有附圖中相同的標(biāo)號為同一個(gè)零(部)件。
如圖1所示，本實(shí)用新型的一實(shí)施例一一種平面一圓筒型電容角度傳感器主要包括以下部分一圓筒形動(dòng)?xùn)牌?，其安裝在一量具的測量螺桿16上，并可隨螺桿16的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)沿測量螺桿16的軸向移動(dòng)；在該動(dòng)?xùn)牌?的一端面上固定一動(dòng)?xùn)牌?；在測量螺桿16的與動(dòng)?xùn)牌?鄰接的位置上，穿裝一固定于一量具殼體(未表示出)內(nèi)的定柵片3，該定柵片與一相位電壓源20相連；在動(dòng)?xùn)牌?的圓柱面上固定一與動(dòng)?xùn)牌?電氣連接的信號圓筒6；在量具殼體內(nèi)固定一與信號圓筒6同心的信號撿出圓筒7，它又與一信號檢出部件21相連。
參看圖2，一種平面一圓筒型角度傳感器1的結(jié)構(gòu)如下在一穿裝于一量具尺架殼體19內(nèi)的、可沿自身軸線移動(dòng)的測量螺桿16上，通過與測量螺桿16上的V型鍵槽對應(yīng)的V型鍵14和脹緊螺釘13可安裝一動(dòng)?xùn)牌?，由此，該動(dòng)?xùn)牌?可隨測量螺桿16一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并能沿測量螺桿16作軸向移動(dòng)。V型鍵14可滑動(dòng)地裝在一鍵座15中，在鍵座15上至少用一固定螺釘17將鍵座15固定于動(dòng)?xùn)牌?上。在動(dòng)?xùn)牌?的較大直徑的一端，固定一動(dòng)?xùn)牌?。在與動(dòng)?xùn)牌?正對處，裝一被測量螺桿16穿過而固定于尺架殼體19內(nèi)的定柵片3。在動(dòng)?xùn)牌?的較小直徑外圓面上固定一動(dòng)?xùn)牌^緣環(huán)22，在它的外圓面上緊箍一圓筒形信號圓筒6。信號圓筒6與動(dòng)?xùn)牌?之間用導(dǎo)線18連接起來。由此，信號圓筒6和動(dòng)?xùn)牌?可隨動(dòng)?xùn)牌?一起轉(zhuǎn)動(dòng)。在尺架殼體19內(nèi)固定一與信號圓筒6的旋轉(zhuǎn)中心共心的圓筒形信號檢出圓筒7，其一側(cè)緊靠定柵片3的、與動(dòng)?xùn)牌?相對的一側(cè)，而定柵片3的另一側(cè)緊靠一固定于尺架殼體19內(nèi)的、被測量螺桿16穿過的絕緣片2。定柵片3和信號檢測圓筒7分別和一千分尺專用芯片的相位電壓源20和一信號檢出部件21電氣連接(見圖1)。在動(dòng)?xùn)牌?的細(xì)長延伸部分上，離它的小直徑外圓部分從近到遠(yuǎn)分別套裝有一定位片8和一消隙環(huán)9，它們均可沿動(dòng)?xùn)牌?的細(xì)長延伸部分作軸向移動(dòng)。消隙環(huán)9上有一稍大些直徑的凸緣，利用一套裝于消隙環(huán)9上的、一頭抵住鍵座15而另一頭頂緊消隙環(huán)9上的凸緣的如一壓縮彈簧的消隙簧11的彈力，使定位片8始終緊靠并施力于動(dòng)?xùn)牌?的小直徑部分的一側(cè)。定位片8的外圓端用一可滑動(dòng)安裝于尺架殼體19內(nèi)腔壁上的墊圈10及一擰在尺架殼體19內(nèi)壁的內(nèi)螺紋上的，一端頂住墊圈10的固定螺母12擋住。
參閱圖3，這是定柵片3的結(jié)構(gòu)圖。定柵片3上均布著兩組電極組23(可根據(jù)具體要求增減電極組數(shù))，每組電極組23上均布著8個(gè)發(fā)射電極24。兩組電極組23上各對應(yīng)的兩個(gè)發(fā)射電極24之間用導(dǎo)線連接，然后再接到相位電壓源20上。
參考圖4，這是動(dòng)?xùn)牌?的結(jié)構(gòu)圖。動(dòng)?xùn)牌?上均布著4個(gè)電極25，每個(gè)電極25的大小約是4個(gè)發(fā)射電極24的大小，并且電極25面對發(fā)射電極24。
另外，在定柵片3與動(dòng)棚片4彼此相對的表面上涂有介質(zhì)系數(shù)大于1的介質(zhì)。
參看圖6，這是使用本實(shí)用新型一實(shí)施例的一千分尺的局部剖視圖。傳感器1安裝在千分尺的尺架19中，在傳感器1的左測有一絕緣片2裝在尺架19內(nèi)腔中，并通過固定螺母12將傳感器1固定在尺架19中。安裝好后，傳感器1里的動(dòng)?xùn)牌?可隨千分尺的測量螺桿16旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，并可沿測量螺桿16作軸向移動(dòng)，而定柵片3則固定于尺架19的內(nèi)腔中。千分尺的絕緣板30里安裝有數(shù)顯裝置27、清零按鈕28和工作狀態(tài)按鈕29。定柵片3上的電極23通過導(dǎo)線(未畫出)與安裝在數(shù)顯裝置37里的專用芯片(未畫出)上的相位電壓源20連接，信號檢出圓筒7的電極通過導(dǎo)線與安裝在數(shù)顯裝置27里的專用芯片上的信號檢出部件21連接。棘輪26與千分尺上的測量螺桿16相連，轉(zhuǎn)動(dòng)棘輪26即帶動(dòng)測量螺桿16轉(zhuǎn)動(dòng)。
使用這種傳感器的量具如千分尺的工作原理如下如圖1、6所示，轉(zhuǎn)動(dòng)棘輪26帶動(dòng)測量螺桿16轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)?xùn)抛?則因由固定螺釘17固定在動(dòng)?xùn)抛?上的鍵座15中的、由脹緊螺釘13固定的V型鍵14與測量螺桿16上的V型鍵槽相配合，而隨測量螺桿16轉(zhuǎn)動(dòng)。于是，安裝在動(dòng)?xùn)抛?上的動(dòng)?xùn)牌?跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，相對于定柵片3產(chǎn)生了相對角度位移，并產(chǎn)生角度位移信號。角度位移信號則通過信號圓筒6輸出，信號檢出圓筒7則把檢出的信號通過導(dǎo)線送入數(shù)顯裝置27里面的千分尺專用芯片，于是，該芯片就把測量螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的位移量轉(zhuǎn)換成數(shù)字顯示出來，從而測量出夾持在千分尺上的工件尺寸。
根據(jù)以上對本實(shí)用新型一實(shí)施例的描述，可清楚看出其以下的、與現(xiàn)有技術(shù)相比而具有的優(yōu)點(diǎn)其一，由于在動(dòng)?xùn)牌?與定柵片3上均復(fù)蓋有介質(zhì)系數(shù)大于1的介質(zhì)，從而增加了電容量，換言之，則可使傳感器1做得更小些(當(dāng)然，已有技術(shù)的不涂這種介質(zhì)也可使用)。
其二，能提高檢測精度。這方面是由以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)保證的(1)采用了區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)而為本實(shí)用新型所獨(dú)有的平面電容檢測、圓筒型電容輸出接收的方式后，如圖5所示，由于組裝好的兩圓筒6和7的相對位置是不變的，即使兩圓筒存在偏心e時(shí)，兩圓筒間的固有電容量不變，所以檢出的信號不受該編心e的影響，即對兩圓筒間無需同心度要求，避免現(xiàn)有技術(shù)的傳感器的極片要垂直軸線及相互平行的要求，這樣，不但降低了制造裝配要求，而且提高了檢測精度；(2)如圖2所示，動(dòng)?xùn)牌?由于采用了由消隙簧11、消隙環(huán)9和定位片8組成的軸向消隙結(jié)構(gòu)31，使動(dòng)?xùn)牌?始終與定位片8緊貼，從而保證了定柵片3與動(dòng)?xùn)牌?之間的間距不變，以致確保了檢測精度，比現(xiàn)有技術(shù)的又有提高。從應(yīng)用本實(shí)用新型的樣品情況看，傳感器精度很高。
其三，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆維修方便。如圖2所示，件4、5、6、8、9、11、13、14、15、17和22構(gòu)成一動(dòng)?xùn)沤M件，只要擰掉固定螺母12，倒出墊圈10，該組件的諸零件可一起整體倒出來，而且所有零件都能互換，所以安裝維修極其方便。而現(xiàn)有技術(shù)的傳感器的動(dòng)?xùn)牌b在兩靜止的定柵片之間，故當(dāng)需拆下動(dòng)?xùn)牌瑫r(shí)必需與定柵片一起拆下，加上定柵片又有導(dǎo)線與安裝在千分尺尺架中的芯片連接，故要先焊掉引線再行拆卸工作，所以安裝維修很不方便。
權(quán)利要求1.一種平面-圓筒型電容角度傳感器1，它包括一可安裝在一量具測量螺桿16上并可隨所述測量螺桿16的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)沿所述測量螺桿16軸向移動(dòng)的動(dòng)?xùn)牌?，一固定在所述動(dòng)?xùn)牌?的大直徑部分端面上的動(dòng)?xùn)牌?和一可固定于一量具尺架殼體14內(nèi)腔壁并與一相位電壓源20連接的、與所述動(dòng)?xùn)牌?正對的定柵片3，其特征在于還包括一固定于所述動(dòng)?xùn)牌?的小直徑部分的徑向位置上的、與所述動(dòng)?xùn)牌?電氣連接的信號圓筒6和一固定于量具殼體內(nèi)、與所述信號圓筒6同心并與一信號檢出部件21相連的信號檢出圓筒7。
2.如權(quán)利要求1所述的平面一圓筒型電容角度傳感器1，其特征在于在所述動(dòng)?xùn)牌?的小直徑部分外圓面與所述信號圓筒6之間有一與兩者固定連接的動(dòng)?xùn)抛^緣環(huán)22。
3.如權(quán)利要求1所述的平面一圓筒型電容角度傳感器1，其特征在于在所述動(dòng)?xùn)牌?與定柵片3之間復(fù)蓋有介質(zhì)系數(shù)大于1的介質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的平面一圓筒型電容角度傳感器1，其特征在于在所述動(dòng)?xùn)牌?的、與所述動(dòng)?xùn)牌?相反的一側(cè)外圓面上套裝有一組消隙機(jī)構(gòu)31，它包括一外圓面可滑動(dòng)接觸于所述量具尺架殼體19內(nèi)腔壁圓面而其一側(cè)面緊靠所述動(dòng)?xùn)牌?的小直徑部分的、與所述動(dòng)?xùn)牌?相反側(cè)的端面的、可沿所述動(dòng)?xùn)牌?的軸向移動(dòng)的定位片8，一可沿所述動(dòng)?xùn)牌?的軸向移動(dòng)而一端緊靠所述定位片8的另一側(cè)面的消隙環(huán)9及一套裝在所述消隙環(huán)9的小直徑部分外圓面上、一端頂在所述消隙環(huán)的大直徑凸緣的一側(cè)面上而另一端不能沿所述動(dòng)?xùn)牌?的軸向移動(dòng)的消隙簧11。
專利摘要一種用于量具的平面—圓筒型電容角度傳感器，它包括一安裝在測量螺桿上并隨螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)可沿螺桿軸向移動(dòng)的動(dòng)?xùn)牌?，一固定在?dòng)?xùn)牌欢嗣嫔系膭?dòng)?xùn)牌还潭ㄓ诹烤叱呒軞んw內(nèi)腔壁上并與一相位電壓源連接、與動(dòng)?xùn)牌龑χ亩牌还潭ㄓ趧?dòng)?xùn)牌鈭A面上的、與動(dòng)?xùn)牌姎膺B接的信號圓筒和一固定于量具尺架殼體內(nèi)腔壁上的并與信號圓筒同心、與一信號檢出部件相連的信號檢出圓筒。這種傳感器體積小，檢測精度高，裝拆方便。
文檔編號G01B7/30GK2040634SQ8821450
公開日1989年7月5日 申請日期1988年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月30日
發(fā)明者杜云君 申請人:上海量具刃具廠