CN1236274C - 数显胶圈测长仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够测量弹性胶圈周长的数显胶圈测长仪。根据纺织行业标准FZ/T90039.1-92规定，当胶圈的宽度为W＝24～35mm，厚度δ＝0.91-1.15mm。测量中施加的额定张力为13N。仪器包括在钢制的底板上安装的主架板、上测量头、下测量头、导杆、手轮及连杆机构，和由气缸、活塞、节气阀组成空气阻尼器，调节节气阀开度的大小，便可以使下测量头接触胶圈时的速度趋近于零，从而使测量时施加的力总为一个额定力，保证测量的准确性。测量胶圈的周长时首先拧动手轮通过连杆使下测量头运动到导杆上端，将胶圈套在上下测量头的半圆柱上，松开手轮，下测量头在重力的作用下沿导杆向下移动，直到下测量头碰到胶圈为止。下测量头的运动被由编码器及电路系统转换并以数字量的形式显示。

Description

数显胶圈测长仪

                           技术领域

本发明涉及一种测量仪器，特别涉及一种能够测量弹性胶圈周长的数显胶圈测长仪。

                           背景技术

根据纺织行业标准FZ/T90039.1-92规定，当胶圈的宽度为W＝24～35mm，厚度δ＝0.91-1.15mm。测量中施加的额定张力为13N。传统的测长仪为弹簧式，液压式等。

由于弹性元件测长的特殊性，使得到目前为止还没有一个尽如人意的解决方案。传统的测长仪为弹簧式，液压式等。弹簧式测量仪采用弹簧向被测胶圈施加额定张力，由力学知识可知弹簧的伸长与应变成正比，因此当胶圈的周长有很大变动时，施加在胶圈上的力也产生很大的变动，而我们要施加在胶圈上的力是一个额定力(13N)并不随测量范围的变化而变化。从而难以保证全量程范围内的精度。在同等精度下弹簧式测量仪就把测量长度限制在一个很小的范围内，同时测量的精度也受机械系统及环境影响较大。指针式显示方式也使读数不够直观。而液压式又使整个系统过于复杂，同时在向胶圈加力时由于液压泵的脉动性使系统的精度难以提高。

                       发明内容

为克服现有测量仪测量精度低、读数不便的缺点，本发明的目的在于，提供一种数显胶圈测长仪，本发明利用重物向被测胶圈施加额定力，利用空气阻尼系统克服配重下降过程中产生的冲量。并以数码管实时显示测量结果，读数方便快捷。

实现上述任务的技术解决方案是，一种能够测量弹性胶圈周长的数显胶圈测长仪，包括一底板，底板上垂直安装有主架板和侧架板，所述主架板和侧架板构成整个仪器的骨架；其特征在于，在主架板的上方安装有上测量头，上测量头的半圆型测量柱垂直于主架板的平面；在上测量头和底板的平面之间安装有两根垂直于底板平面的导杆，导杆的上端与上测量头固联在一起，导杆的下端与底板固联在一起；沿两根导杆安装有下测量头，下测量头可以沿两根导杆上下移动；在下测量头上安装有齿条，齿条与齿轮连接，齿条与下测量头固联在一起；下测量头的右侧固定安装有第一轴；第一轴通过连杆和第二轴与曲柄连接，曲柄的一端连接有第三轴，第三轴上固联有手轮；当手轮转动时，曲柄和第三轴也一起绕第三轴的轴线旋转；齿轮上连接有第四轴，并通过连轴器与光电编码器连接，光电编码器固定在底板上；

在下测量头的下底面上安装有活塞，活塞的轴线与下测量头的底面垂直；在底板上垂直与底板的平面安装有气缸；当下测量头沿导杆上下移动时便带动活塞在气缸中上下移动，同时通过齿轮、第四轴、连轴器驱动光电编码器旋转，将下测量头的垂直移动转变为电信号，并通过电缆传送到仪器内设置的电路系统，电路系统计算后再将结果用数码管显示出来；气缸的底部通过导气管与节气阀连通。

所述节气阀的开度可以调节，以调节下测量头的下降速度。调节节气阀开度的大小，便可以使下测量头接触胶圈时的速度趋近于零，从而使测量时施加的力总为一个额定力，保证测量的准确性。

电路系统是以8031单片机为核心组成的，由光电编码器送入的脉冲信号经过整形输入8031单片机，计算结果再经驱动模块74LS07驱动后送数码管实时显示。

本发明由气缸、活塞、节气阀组成空气阻尼器，利用空气阻尼系统克服配重下降过程中产生的冲量。并以数码管实时显示测量结果，测量所需的额定力来源于下测量头自身的重量，空气阻尼系统消除了下测量头下降过程中的冲量，从而保证在全量程范围内施加在胶圈上的力总是一个稳定值，保证了测量的精度。经实验验证测量精度可以达到小数点后两位。和传统测长仪相比，大幅提高了测量精度。

                       附图说明：

图1是数显胶圈测长仪主视图；

图2是数显胶圈测长仪侧视图；

图3是数显胶圈测长仪俯视图；

图4是数显胶圈测长仪电路框图。

图中所示的符号分别表示：1、导气管，2、气缸，3、底板，4、导杆，5、活塞，6、下测量头，7、齿条，8、齿轮，9、上测量头，10、电路系统，11、第一轴，12、连杆，13、第二轴，14、曲柄，15、侧架板，16、第三轴，17、手轮，18、节气阀，19、光电编码器，20、连轴器，21、第四轴，22、主架板。

                       具体实施方式

参见附图1～4，本发明的数显胶圈测长仪具体结构是：包括一底板3，在底板3上垂直安装有主架板22和侧架板15构成整个仪器的骨架。在主架板22的上方安装有上测量头9，上测量头9的半圆型测量柱垂直于主架板22的平面。在上测量头和底板平面之间安装有两根垂直于底板平面的导杆4，导杆4的上端与上测量头固联在一起，下端与底板固联在一起。沿两根导杆4安装有下测量头6，下测量头6可以沿两根导杆4上下移动。在下测量头上安装有齿条7，齿条7与下测量头固联在一起。下测量头的右侧固定安装有第一轴11。手轮17与第三轴16固联在一起，而第三轴16的左端固联有曲柄14，的当转动手轮17时曲柄14和第三轴16也一起绕第三轴16的轴线旋转。曲柄14上固联有第二轴13，第二轴13与第一轴11通过连杆12连接。光电编码器19通过连轴器20与第四轴21对接在一起，齿轮8套在第四轴21上并固连在一起。光电编码器19固定在底板上。

在下测量头6的下底面上安装有活塞5，活塞5的轴线与下测量头的底面垂直。在底板3上垂直与底板3的平面安装有气缸2。当下测量头6沿导杆4上下移动时便带动活塞5在气缸2中上下移动，同时通过齿轮8、第四轴21、连轴器20驱动光电编码器19旋转，将下测量头6的垂直移动转变为电信号通过电缆传送到电路系统10，电路系统10计算后再将结果用数码管显示出来。气缸2的底部通过导气管1与节气阀18连通，由于空气的阻尼作用，调节气阀18开度便可以调节下测量头6的下降速度。经实验验证，通过调节节气阀18可以将下测量头下降的速度限制在误差允许的范围内。

电路系统是以8031单片机为核心组成的，由光电编码器送入的脉冲信号经过整形输入8031单片机系统，计算结果再经驱动模块74LS07驱动后送数码管适时显示。

根据纺织行业标准FZ/T90039.1-92规定，当胶圈的宽度为W＝24～35mm，厚度δ＝0.91-1.15mm。测量中施加的额定张力为13N。本发明的工作过程如下：手动顺时针转动手轮17，固定在第三轴16上的曲柄14也顺时针转动，带动连杆12向上运动，第一轴11的一端空套在连杆12的小孔中，另一端固定在下测量头6上，这样连杆12通过第一轴11带动下测量头6沿两条导杆4向上运动，当下测量头6上升到终点位置时，下测量头6与固定在主架板22上的上测量头9紧密接触，在接触的瞬间上，下测量头作为开关元件将电信号立刻输入单片机8031，作为测量胶圈的原始数据。这时套上被测胶圈，松开手握的手轮17，下测量头6在重力的作用下沿导杆4运动，直至下测量头6与被测胶圈紧密接触时停止运动。在下测量头6下降的同时，固定在下测量头左侧的螺齿条8也随下测量头一同向下运动，带动与之相啮合的齿轮8、第四轴21转动，第四轴21通过连轴器20带动光电编码器19同步转动，光电编码器19将实际转动的角度转换成电脉冲经整形后输入单片机8031，在经单片机运算后，将信号送入驱动模块74LS07，驱动器再将信号输入数码管实时显示。

设下测量头6的质量为m，当下测量头下降时，在重力mg的作用下，下测量头迅速与胶圈下端碰撞接触，接触的瞬间测头的速度由最大速度V_max.瞬间变为零速度，根据动量原理：

                        mV_max＝F·τ

式中：F是因下测量头动量变化作用在胶圈上的附加作用力；τ是下测头与胶圈碰撞接触时间，一般τ＝0.1——0.01。

胶圈与下测量头的接触过程中除了受到重力mg的作用外，还要受到附加作用力F的作用。设在F的作用下胶圈产生附加伸长Δ1，由于手动释放状态每次不尽相同，下测量头系统动.静摩擦系统的变化，胶圈安装位置的变化，τ值的变化等，都将引起下测量头最大速度在V_max±ΔV的范围内变化，进而引起附加作用力F在F±ΔF的范围内变化，使得附加伸长也在一定范围内变化，这样极大的影响胶圈长度测量的准确性和稳定性。

为了下测量头下降时与胶圈碰撞接触中由于下测量头动量变化而产生的附加伸长对测量精度的影响，安装了由活塞5、气缸2、导气管1、节气阀18组成的空气阻尼器。活塞5定在下测量头底面上，汽缸2固定在机座底板上，当下测量头下降时活塞将缸体内空气压缩，缸内空气压力升高，压缩空气经节气阀的阀口排出；

只要调节节气阀阀口通流截面面积的大小，就可以控制缸体内压缩空气压力的大小，使下测量头与胶圈碰撞接触时的速度近似趋于零，也就是说FZ/T90039·1-92所规定的张力近似静止地加到被测胶圈上。下测量头下降过程中的最大动能T为

$T=\frac{1}{2}m{V^2}_{\max }---\left(1\right)$

式中：v_max为下测量头下降过程中的最大速度。下测量头下降过程中固定在下测量头底部的活塞也快速下降，缸体中的空气受到压缩，该压缩过程可以近似地认为是一个绝热过程，空气受压缩后压力由大气压P。升到压力P所需的能量E为：

$E=\frac{K}{K-1}{P}_{0}V[{\left(\frac{P_1}{P_0}\right)}^{\frac{k-1}{k}}-1]---\left(2\right)$

式中：K为绝热指数，对于空气K＝1.4；V为缸体排气侧的容积(m³)。

若要完全实现下测量头与胶圈碰撞接触时的速度为零，必须满足T＝E，联立(1)式和(2)式可求出P₁

$P_1={[\frac{{\mathrm{mv}}^{\′2}}{2{\mathrm{KP}}_0}\frac{(K-1)}{V}+1]}^{\frac{k}{k-1}}---\left(3\right)$

由流体力学可知阻尼孔前后压差ΔP为：

$\mathrm{\ΔP}=P_1-P_0=\sqrt[m]{\frac{Q}{C_d{A}_0}}---\left(4\right)$

式中：Q是流经节流孔的流量(m³)；C_d是流量系数；A₀是节流孔通流截面面积(m²)；m是指数。

由(4)式可知只要调节节气阀节流孔流通面积的大小就可以得到所要求的压力P₁但要实现碰撞的速度完全为零。节流孔的流通截面应随胶圈长度的变化以及活塞运动速度的变化而变化。这样会使结构过于复杂，所以本仪器最后采用调试的办法，使测量头与胶圈碰撞接触时的速度趋近为零，保证测量的精度。

本发明的数显胶圈测长仪，其技术效果是：

1、利用齿轮齿条及光电编码器机构将下测量头的垂直位移转换为电脉冲信号，电路系统再由电脉冲信号计算出胶圈的周长，并由数码管实时显示出来，测量精度高，读数方便快捷。

2、测量所需的额定力来源于下测量头自身的重量，空气阻尼系统消除了下测量头下降过程中的冲量，从而保证在全量程范围内施加在胶圈上的力总是一个稳定值，保证了测量的精度。经实验验证测量精度可以达到小数点后两位。较之传统测长仪大幅提高了测量精度。

Claims (3)

1.一种数显胶圈测长仪，包括一底板(3)，底板(3)上垂直安装有主架板(22)和侧架板(15)，所述架板(22)和侧架板(15)构成整个仪器的骨架；其特征在于，在主架板(22)的上方安装有上测量头(9)，上测量头(9)的半圆型测量柱垂直于主架板(22)的平面；在上测量头(9)和底板(3)的平面之间安装有两根垂直于底板(3)平面的导杆(4)，导杆(4)的上端与上测量头(9)固联在一起，导杆(4)的下端与底板(3)固联在一起；沿两根导杆(4)安装有下测量头(6)，下测量头(6)可以沿两根导杆(4)上下移动；在下测量头(6)上安装有齿条(7)，齿条(7)与齿轮(8)连接，齿条(7)与下测量头(6)固联在一起；下测量头(6)的右侧固定安装有第一轴(11)；第一轴(11)通过连杆(12)和第二轴(13)与曲柄(14)连接，曲柄(14)的一端连接有第三轴(16)，第三轴(16)上固联有手轮(17)；当手轮(17)转动时，曲柄(14)和第三轴(16)也一起绕第三轴(16)的轴线旋转；齿轮(8)上连接有第四轴(21)，并通过连轴器(20)与光电编码器(19)连接，光电编码器(19)固定在底板上；

在下测量头(6)的下底面上安装有活塞(5)，活塞(5)的轴线与下测量头(6)的底面垂直；在底板(3)上垂直与底板(3)的平面安装有气缸(2)；当下测量头(6)沿导杆(4)上下移动时便带动活塞(5)在气缸(2)中上下移动，同时通过齿轮(8)、第四轴(21)、连轴器(20)驱动光电编码器(19)旋转，将下测量头(6)的垂直移动转变为电信号，并通过电缆传送到仪器内设置的电路系统(10)，电路系统(10)计算后再将结果用数码管显示出来；气缸(2)的底部通过导气管(1)与节气阀(18)连通。

2.如权利要求1所述的数显胶圈测长仪，其特征在于，所述节气阀(18)的开度可以调节下测量头(6)的下降速度。

3.如权利要求1所述的数显胶圈测长仪，其特征在于，电路系统(10)是以8031单片机为核心组成的，由光电编码器(19)送入的脉冲信号经过整形输入8031单片机，计算结果再经驱动模块74LS07驱动后送数码管实时显示。

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