CZ287344B6 - Přenosné elektronické přesné posuvné měřítko - Google Patents

Abstract

Přenosné elektronické přesné posuvné měřítko je tvořeno jezdcem (1) uspořádaným suvně na vodicí tyči (2), která je stejně jako jezdec (1) opatřena čelistí (10, 20). Na jezdci (1) jsou umístěny vlastním elektrickým zdrojem (110, 111) opatřené elektronické prostředky (11) vybavené elektronickým displejem (12) pro zobrazení informace o vzdálenosti mezi oběma čelistmi (10, 20). Vodicí tyč (2) je opatřena zmagnetizovanou stupnicí (21) o dané periodě .lambda. magnetizace. Elektronické prostředky (11) jsou opatřeny čidlem (112) sestávajícím ze soustavy magneto-odporových elektrod (1121) uspořádaných oproti stupnici (21). Hodnota odporu těchto elektrod je sinusovou funkcí podélné polohy čidla (112) vzhledem ke stupnici (21). Magneto-odporové elektrody (1121) jsou uspořádány do sad po alespoň osmi, v sérii zapojených elektrodách.ŕ

Description

Přenosné elektronické přesné posuvné měřítko

Oblast techniky

Vynález se týká elektronického posuvného měřítka, určeného pro měření lineárních vzdáleností, zejména pak přenosného přesného posuvného měřítka elektronického typu.

Dosavadní stav techniky

Tradiční noniová měřítka jsou postupně nahrazována elektronickými měřítky, které umožňují lepší čtení za přijatelnou cenu. Většina v současné době používaných elektronických měřidel je opatřena kapacitními čidly. Změny kapacity mezi soustavou elektrod umístěných na vodicí tyči posuvného měřítka a soustavou elektrod na jezdci měřítka, ke kterým dochází při posuvu jezdce podél vodicí tyče, odpovídají poloze jezdce na základně. Výsledná hodnota je zobrazena na displeji, který je obvykle umístěn na jezdci. Obvody příslušného typu jsou popsány např. v patentovém spise EP 96810 686.

Princip kapacitního měření našel oblibu jednak díky skvělé rozlišovací schopnosti a přesnosti, jednak vzhledem k nízké spotřebě elektrické energie takového zařízení, dovolující napájení z baterie. Posuvná měřítka v provedení s kapacitními čidly však pro správnou činnost vyžaduji čistotu provozu. Proto nejsou vhodná pro provoz ve vlhkém prostředí, nebo prostředí vystavené mastnotě nebo prachu. V takovémto obtížném prostředí mají proto před elektronickými měřiči přednost noniové měřiče či jiné měřiče s mechanickým odečtením.

Ve spise EP 286 820 je popsáno posuvné měřítko se stupnici vybavenou magnetickými sekcemi. Na jezdci je upevněna magnetická čtecí hlava, která zaznamená změny magnetického pole způsobené posuvem jezdce. Takováto magnetická hlava je však nákladná a objemná, takže je obtížné ji zabudovat do prostorově omezené konstrukce posuvného měřítka. Přesnost měření je přímo úměrná přesnosti a velikosti šumům magnetické hlavy a závisí dále na přesnosti upevnění hlavy vůči stupnici. Navíc, rozlišovací schopnost tohoto zařízení je omezená.

Jsou dále jako takové známy magneto-odporové elektrody používané pro měření lineárních nebo úhlových délek. Odpor těchto elektrod u dosud známých čidel je však pro napájení z baterií příliš malý. Proto se užití čidel s vysokou energetickou náročností v zařízeních s vlastním zdrojem, jako je tomu u přenosných elektronických měřidel, nepředpokládá.

Posuvná měřítka využívající vlastnosti materiálů s magnetickým odporem byly již popsány, např. v patentových spisech US 5029402, US 4226024 a US 5174041. V těchto spisech je popsáno posuvné měřítko vybavené jednou magneto-odporovou elektrodou. Vzdálenost mezi dvěma čidly je kritická a určuje dosažitelnou přesnost měření. Použitý princip, pracující pouze se dvěma elektrodami s magnetickým odporem, nedovoluje konstrukci přesných posuvných měřidel, tj. měřidel schopných měřit délky s přesností a rozlišením menším než desetina milimetru. Z těchto důvodů je použití takovýchto posuvných měřidel omezeno na takové aplikace, jako je měření kusů masa nebo průměru stromů, kde není požadována příliš velká přesnost měření. Poznatky obsažené v uvedených spisech, proto nemohou být aplikovány ve zcela odlišné oblasti přesného měření.

Účelem tohoto vynálezu je tak návrh přenosného elektronického posuvného měřítka se zlepšenými užitnými vlastnostmi oproti známým měřítkům tohoto typu. Zejména jde o návrh posuvného měřítka opatřeného čidlem s malou citlivostí na prach a mastnotu, vykazujícím rozlišovací schopnost řádově v setinách milimetru a přesnost řádově několik setin milimetru, což

- 1 CZ 287344 B6 jsou parametry srovnatelné s tím, co poskytují kapacitní posuvná měřítka obdobné ceny, přičemž spotřeba energie by umožňovala napájení z obyčejné baterie, např. lithiové.

Podstata vynálezu

Výše uvedeného účelu je dosaženo přenosným elektronickým posuvným měřítkem podle vynálezu, opatřeným jezdcem, uspořádaným suvně v podélném směru na vodicí tyči, která je stejně jako jezdec opatřena čelistí, a na jezdci jsou umístěny elektronické prostředky s vlastním 10 elektrickým zdrojem a elektronickým displejem pro zobrazení informace o vzdálenosti mezi oběma čelistmi, v provedení podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že vodicí tyč je opatřena zmagnetizovanou stupnicí o dané periodě λ magnetizace, přičemž elektronické prostředky jsou opatřeny jednak čidlem sestávajícím ze soustavy n magneto-odporových elektrod uspořádaných oproti stupnici, kde n je celé kladné číslo větší než dvě, jednak prostředky pro 15 stanovení vzdálenosti mezi čelistmi v závislosti na hodnotě odporu magneto-odporových elektrod a zobrazení stanoveného údaje na elektronickém displeji. Magneto-odporové elektrody jsou s výhodou uspořádány do sad, kde v každé sadě jsou tyto elektrody v sériovém zapojení, přičemž počet v sérii zapojených elektrod každé sady je větší než osm. Dalšího zlepšení je dosaženo tím, že tloušťka magneto-odporových elektrod je menší než 100 nm, přičemž jejich 20 délka je v rozmezí 0,1 až 10 milimetrů a šířka je menší než 40 pm. Výsledný odpor magnetoodporových elektrod každé sady je větší než 10 kD, s výhodou větší než 50 kfí. Ve výhodném provedení jsou magneto-odporové elektrody rozmístěny podél vodicí tyče v úseku odpovídajícím alespoň dvěma periodám λ magnetizace stupnice, nejlépe v úseku kX-w/2 až kÁ+w/2, kde w je šířka tohoto úseku. Doporučená délka úseku je alespoň 3 mm. Rovněž podle předmětného 25 vynálezu je každá sada v sérii zapojených magneto-odporových elektrod uspořádána do alespoň jednoho měřicího mostu, který je výstupem signálu informace o vzdálenosti mezi čelistmi (10, 20), je připojen na elektronické prostředky. Ve výhodném provedení jsou vytvořeny dva měřicí mosty a magneto-odporové elektrody druhého měřicího mostu jsou fázově o λ/4 posunuty oproti magneto-odporovým elektrodám prvního měřicího mostu. Je rovněž výhodné, je-li čidlo opatřeno 30 alespoň jedním odporem, zapojeným jako kompenzační prvek měřicího mostu nebo mostů. Dále podle tohoto vynálezu jsou magneto-odporové elektrody v podélném směru uspořádány do skupin elektrod a tyto skupiny jsou ve vzájemném odstupu o délce λ/4 a každá z nich obsahuje alespoň dvě do série zapojené magneto-odporové elektrody jedné sady. Přitom vzdálenost mezi magnetickou stupnicí a magneto-odporovými elektrodami je s výhodou v rozmezí 0,2 až 0,7 mm, 35 přičemž perioda λ magnetizace stupnice má délku v rozmezí 0,5 až 1,5 mm. Podle předmětného vynálezu má alespoň část magneto-odporových elektrod spirálovitou strukturu. Ve výhodném provedení této spirálovité struktury mají alespoň některé její magneto-odporové elektrody odlišnou orientaci.

Podle výhodného provedení předmětného měřidla jsou elektronické prostředky uspořádány na desce tištěných spojů, přičemž magneto-odporové čidlo je na této desce umístěno na straně opačné poloze stupnice. Deska tištěných spojů je s výhodou upevněna přímo na jezdci tak, že magneto-odporové elektrody čidla jsou v určené vzdálenosti od stupnice. Ve výhodném provedení je deska tištěných spojů z vnější strany pokryta nárazuvzdomým povlakem, opatřeným 45 průzorem pro elektronický displej. Elektronické prostředky jsou dále s výhodou opatřeny permanentním magnetem, umístěným na desce tištěných spojů na straně opačné poloze stupnice, nejlépe v blízkosti magneto-odporových elektrod. Čidlo je ze strany přilehlé ke stupnici pokryto syntetickou ochrannou vrstvou. Je rovněž výhodné, jsou-li elektronické prostředky opatřeny akumulátorem a lineárním generátorem.

Ve výhodném provedení jsou vodicí tyč a jezdec zhotoveny z hliníku, přičemž stupnice je z oceli. Stupnice je pokryta ochrannou vrstvou z nemagnetického materiálu, která může být opatřena značením, ukazujícím alespoň přibližně polohu jezdce na vodicí tyči.

-2CZ 287344 B6

Díky výše uvedenému provedení má posuvné měřítko podle tohoto vynálezu velmi nízkou spotřebu elektrické energie. Použité čidlo vykazuje malou citlivost na prach a mastnotu, a přitom má vysokou rozlišovací schopnost řádově v setinách milimetru a přesnost řádově několik setin milimetru.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále podrobněji objasněn na příkladu jeho praktického provedení, uvedeném na přiložených výkresech, na nichž na obr. 1 je nakreslen axonometrický pohled na přenosné elektronické posuvné měřítko podle tohoto vynálezu, rozložené na hlavní prvky, obr. 2 znázorňuje ve zvětšeném měřítku uspořádání elektronických prostředků na tomto měřítku, obr. 3 představuje schematický perspektivní pohled na magneto-odporové čidlo v poloze nad stupnicí předmětného měřítka a obr. 4 ukazuje elektrické schéma zapojení magneto-odporových elektrod do měřicího mostu.

Přiklad provedení

Provedení přenosného elektronického posuvného měřítka, jak je uvedeno na obr. 1, je obecně známo a bylo popsáno např. v patentovém spise EP 719999, jehož přihlašovatel je shodný s přihlašovatelem předmětného vynálezu. Obsah tohoto spisu, který je zde uveden v odkazech, představuje možné a výhodné provedení prostředků pro vedení jezdce na vodicí tyči a prostředků pro nastavení polohy čelistí.

Posuvné měřítko podle vynálezu je opatřeno vodicí tyčí 2 a jezdcem 1, který je na vodicí tyči 2 uložen suvně v jejím podélném směru. Vodicí tyč 2 může mít různou délku, podle zamýšleného užití, typické jsou délky 15, 20 nebo 40 cm. Jezdec 1 je spojen s posuvnou čelistí 10. zatímco vodicí tyč 2 je vybavena pevnou čelistí 20. Displej 12, opatřený např. ukazateli z tekutých krystalů, tzv. LCD displej, zobrazuje informaci udávající vzdálenost obou čelistí 10, 20. Čtením na displeji 12 může být např. pětimístné číslo, z nichž první tři udávají hodnotu v milimetrech a zbývající dvě čísla, za desetinnou čárkou, setiny milimetru.

Na vodicí tyči 2 je pomocí známých prostředků, např. nalepením, upevněna zmagnetizovaná stupnice 21. Stupnice 21 pokrývá s výhodou celou délku vodicí tyče 2. U alternativního provedení pokrývá stupnice 21 pouze tu část vodicí tyče 2, podél níž se může posouvat dále popsané čidlo 112.

Vodicí tyč 2 a jezdec 1 jsou s výhodou zhotoveny z kovu, např. z hliníku, z důvodu ekonomičnosti výroby, z oceli nebo jiného tuhého materiálu. Stupnice 21 obsahuje materiál s vlastnostmi permanentního magnetu. Např. může mít podložku z měkké oceli nebo skla, potaženou vrstvou feritu s vysokou magnetickou koercitivní silou. Stupnice 21 je zmagnetována periodou magnetizace λ, jak je patrno z obr. 2 a 3. V zobrazeném příkladu je periodická magnetizace v podstatě horizontální, tj. podél podélné osy stupnice 21. Obdobně může být použita stupnice 21 s vertikální magnetizací, tj. kolmo na osu stupnice 21. Takto provedená stupnice 21 má výhodu ve vyšší stabilitě vůči jiným magnetickým polím, neboť je odolnější vůči působení parazitním magnetickým jevům.

Je však třeba mít na paměti, že kromě předmětného provedení, kde vodicí tyč 2 a stupnice 21 tvoří dva samostatné díly, je možno zmagnetizovat přímo vodicí tyč 2, pokud je zhotovena z vhodného materiálu. Pak jsou vodicí tyč 2 i stupnice 21 integrovány do jediného prvku.

-3 CZ 287344 B6

Stupnice 21 je potažena ochrannou vrstvou 22 z nemagnetického materiálu. Ochranný povrch může být vytvořen např. pomocí samolepící plastové fólie, na níž je značení 220, umožňující uživateli průběžně sledovat nastavení čelistí 10.20 bez sledování displeje 12.

V uvedeném příkladu je vodicí tyč 2 obklopena jezdcem 1 ze tří stran, zespodu a po obou bočních okrajích. Deska 115 tištěných spojů je upevněna přímo na horní straně jezdce 1, s výhodou pomocí šroubů. Opracování styčných ploch jezdce 1 a desky 115 tištěných spojů musí být natolik přesné, aby bylo dosaženo potřebné vzdálenosti mezi stupnicí 21 a deskou 115 tištěných spojů. V případě potřeby je pro upravení této vzdálenosti možno použít příslušných 10 prostředků.

Elektronické prostředky 11, umožňující zobrazit na displeji 12 informaci o vzdálenosti obou čelistí 10, 20 posuvného měřítka, jsou uspořádány na desce 115 tištěných spojů. Jejich součástí je především magneto-odporové čidlo 112, které, jak je na obr. 3 schematicky znázorněno, je na 15 desce 115 tištěných spojů umístěno zespodu, oproti zmagnetizované stupnici 21. Čidlo 112 sestává ze soustavy magneto-odporových elektrod 1121, uspořádaných do skupin 1120 elektrod. Hodnota jednotlivých odporů soustavy je periodickou funkcí polohy jezdce 1 na vodicí tyči 2. Ochranný povlak 116 z epoxidové pryskyřice chrání čidlo 112 před mechanickým poškozením jeho magneto-odporových elektrod 1121 částicemi prachu, které ulpívají na vodicí tyči 2. 20 Elektronické prostředky 11 zahrnují dále napájecí zdroj, jímž je v daném příkladě baterie 110.

Jako baterie 110 je s výhodou použita plochá lithiová baterie, která zaručuje několik hodin autonomního provozu měřidla. Napájecí zdroj může rovněž obsahovat nebo být přímo tvořen fotočlánkem, umístěným na krytu 13 jezdce L Součástí napájení může být též lineární generátor 111, umístěný zespodu na desce 115 tištěných spojů, oproti stupnici 21. Lineární generátor 111 25 může být např. opatřen prvky typu indukční cívky. Při posuvu jezdce 1 podél stupnice 21, se změnami magnetického pole indukuje v cívkách proud, jímž je možno dobíjet akumulátor nebo baterii 110 v provedení, které lze dobíjet. Součástí elektronických prostředků 11 jsou rovněž prostředky pro vyhodnocení hodnoty magnetického odporu elektrod čidla 112 a jejího převedení na délkové hodnoty odpovídající vzdálenosti čelistí 10, 20 a zajištění zobrazení těchto údajů na 30 displeji 12, zejména integrovaný obvod 113 typu ASIC. Elektronické prostředky 11 rovněž s výhodou zahrnují přídavný permanentní magnet 114. který je umístěn naproti čidla 112. Permanentního magnetu 114 lze s výhodou použít pro polarizaci magneto-odporových elektrod 1121 čidla 112 pro dosažení požadované charakteristiky.

Elektronické prostředky 11 jsou z vnější strany chráněny krytem 13. s výhodou opatřeným nárazuvzdomým povlakem 117 ze syntetického materiálu. Tvar krytu 13 je ergonometrický a dovoluje snadný pohyb jezdce 1 v obou směrech po vodicí tyči 2. Za tímto účelem je kryt 13 opatřen vyčnívajícím, neposuvným dílcem 130, jenž velmi usnadňuje manipulaci. Průzor 131 v krytu 13 umožňuje pohled na displej 12. Spínače 132 ovládají funkce jako je uvedení měřiče 40 do provozu, opětovné nastavení, vyhodnocení průměrné hodnoty po sobě jdoucích měření, atd.

Kryt 13 může být sejmut, alespoň částečně, pro výměnu baterie 110. Přídavný optoelektronický konektor 133 slouží jako rozhraní mezi měřičem a externím zařízením, jako je např. tiskárna, PC počítač nebo obdobné zařízení.

Jak již řečeno výše, je čidlo 112 tvořeno velkým počtem magneto-odporových elektrod 1121, jež jsou schematicky znázorněny na obr. 3. Tyto elektrody 1121 jsou uspořádány do vzájemně paralelních řad. Délka elektrod 1121 se pohybuje v rozmezí od 0,1 do 10 milimetrů, s výhodou je jen o něco málo menší než je šířka čipu čidla 112. Např. při šířce 1,4 mm se délka magnetoodporových elektrod 1121 blíží hodnotě 1 mm. Šířka elektrod 1121 je extrémně malá, jak jen to 50 běžná technologie výroby dovoluje, přednostně do 40 mikronů, např. 5 mikronů. Jejich tloušťka je menší než 100 nm, přednostně do 50 nm. Při těchto rozměrech lze pracovat s integrovanými magneto-odporovými elektrodami 1121 s vysokým odporem a tak snížit energetickou spotřebu pod úroveň dosud známých senzorů. To umožňuje použití jednoduché baterie 110. Díky výše uvedeným rozměrům je dále možno dosáhnout takové citlivosti na magnetické pole stupnice 21,

-4CZ 287344 B6 která je dostatečná pro měření změn odporu magneto-odporových elektrod 1121 aniž by elektronika čidel 112 musela být nadměrně složitá.

Jednotlivé magneto-odporové elektrody 1121 jsou na čidlu 112 rozmístěny v podélném směru, takže zaujímají různou fázovou polohu vůči stupnicí 21 generovanému magnetickému poli, jehož intenzita je dána funkcí H_x(x) o periodě λ. V dostatečné vzdálenosti od stupnice 21 je intenzita magnetického pole přibližně sinusovou funkcí délky x. Magnetické pole generované stupnicí 21 na každé magneto-odporové elektrodě 1121 je tak sinusovou funkcí podélné polohy této elektrody. Odpor každé elektrody má při pohybu jezdce 1 podél vodicí tyče 2 sinusový průběh, integrovaný obvod 113, na základě hodnot jednotlivých odporů dílčích elektrod 1121, zjišťuje polohu jezdce 1 a tuto informaci zobrazuje na displeji 12.

Obr. 4 schematicky zobrazuje výhodné zapojení elektrod 1121. V tomto příkladu jsou magnetoodporové elektrody 1121 zapojeny tak, že vytvářejí měřicí mosty, tzv. Wheatstonovy mosty. Odpovídající elektrody každého mostu jsou fázově posunuty o 90°, tj. o λ/4. Každý most sestává ze čtyř magneto-odporových elektrod nebo přednostně ze čtyř sad A, B, C, D a A’, B’, C’, D’ magneto-odporových elektrod 1121, jak bude dále ukázáno. Elektrody první sady A, A' jsou fázově posunuty o 180° oproti elektrodám třetí sady C, C'. Obdobně jsou elektrody druhé sady B, B' fázově o 180° posunuty vůči elektrodám čtvrté sady D, D'.

První a druhé sady A, A', B. B' elektrod zaujímají stejnou polohu jako příslušné třetí a čtvrté sady C, C', D. D' elektrod. Magneto-odporové elektrody 1121 každého páru AB, A'B', CD, C'D' sad elektrod jsou uspořádány do spirálovité struktury s opačnou polaritou, např. +45° a -45°. Lze prokázat, že identické magnetické pole H_x způsobuje na magneto-odporové elektrodě 1121 daného uspořádání změnu odporu Ar, která je opačného znaménka než změna odporu na magneto-odporové elektrodě 1121 daného uspořádání s orientací -45°. Odtud plyne, že vytvoření dané struktury opačné orientace má stejný efekt jako fázový posun o 180°. Použití dané, spirálovité struktury zajišťuje, že je možno řídit velikost změny odporu Ar, vyvolanou magnetickým polem H_x na každé magneto-odporové elektrodě 1121. Pomocí této spirálovité struktury s opačnou orientací, např. s orientací +45° a -45° lze dosáhnout větší volnosti v uspořádání elektrod, což umožňuje zvětšit jejich hustotu a dosáhnout lepší kompenzace geometrických chyb.

Oba mosty jsou napájeny jsou zapojeny mezi napětí U_P aUN· Signál na výstupu S-S' prvního mostu je fázově o 90° posunutý vůči signálu odebíranému na výstupu T-Τ' druhého mostu. Pomocí měřicích mostů je možno kompenzovat chyby způsobené např. mezerou mezi stupnicí 21 a čidlem 112 a tak dosáhnout přesnosti lepší než 10 pm, řádově okolo 5 pm, dokonce při použití jednoduchého vodícího mechanizmu, jaký je běžný u klasických posuvných měřidel výše uvedeného typu.

Čidlo 112 obsahuje dále alespoň jeden kompenzační odpor, jehož hodnotu lze při výrobě nastavit laserem, sloužící pro vyvážení měřicího mostu, kdy na něj nepůsobí žádné magnetické pole. Tento odpor umožňuje kalibraci měřicího mostu.

Pro další snížení energetické spotřeby čidla 112, jsou sady elektrod A až D' přednostně zhotoveny z několika magneto-odporových elektrod 1121. zapojených do série. Počet elektrod v každé sadě je s výhodou větší než čtyři a je omezen pouze velikostí čidla 112. V provedení znázorněném na výkrese je použito sedmdesáti dvou magneto-odporových elektrod 1121 v každé sadě. Celkový počet magneto-odporových elektrod 1121 v čidlu 112, při dvou měřicích mostech, z nichž každý má čtyři sady po 72 elektrodách, je tedy 576. Odpor každé sady A, B, C, D a A¹, B*, C'. D¹ každého měřicího mostu, měřený mezi body U_P a Un může tak být větší než 10 kQ, což umožňuje napájení měřidla jedinou lithiovou baterií malého rozměru po několik hodin.

-5CZ 287344 B6

Všechny elektrody tvořící každou sadu mají stejnou fázovou polohu, tj. polohu po délce periody λ. V prvním upřednostňovaném provedení jsou magneto-odporové elektrody 1121 každé sady rozloženy tak, že mají vzájemně velmi blízkou fázovou polohu, např. v rozmezí k λ - w/2 až kX + w/2, kde kje celé číslo aw je parametr udávající šířku úseku rozložení elektrod 1121.

V jednom příkladě w = λ/4. Jedna skupina elektrod jedné sady, rozložená podél úseku o dané šířce w, je na obr. 3 označena vztahovou značkou 1120. Pomocí této konfigurace je možno dosáhnout výsledné hodnoty odporu sady elektrod A až D', která je průměrnou hodnotou odporu elektrod rozložených v úseku o šířce w. V druhém upřednostňovaném provedení, které lze kombinovat s prvním, každá sada obsahuje elektrody fázově posunuté o 180°, ale uspořádané do io spirálovitých struktur s opačnou orientací.

Pro dosažení optimální kompenzace geometrických chyb systému, jsou magneto-odporové elektrody 1121 čidla 112 rozloženy po délce k period λ, přednostně rovné alespoň dvěma periodám λ, např. šesti periodám λ. Jejich maximální počet je omezen pouze rozměry čipu čidla 15 H2.

Intenzita Ho magnetického pole na povrchu stupnice se přednostně pohybuje v rozmezí od 10 do 100 kA/m a klesá exponenciálně se vzdáleností a od povrchu podle vztahu

H_x(a) = Ho . ε'^2(π3/λ)

U přenosných posuvných měřidel nelze bez podstatného zvýšení ceny měřidla dosáhnou menší vzdálenosti mezi stupnicí 21 a magneto-odporovými elektrodami 1121 než 200 pm. Je proto vhodné zvolit velikost této vzdálenosti mezi 200 pm a 700 pm. Větší hodnota již nepřinese 25 žádný podstatný ekonomický zisk. V provedení podle tohoto vynálezu je proto zvolena hodnota

500 pm, což je hodnota výrazně větší než dovoluje běžná výkonnost magneto-odporových senzorů.

Výše uvedený poměr ukazuje, že intenzita H_x(x) magnetického pole ve vzdálenosti a od stupnice 30 21 prudce vzrůstá s periodou λ. Pro a = λ/2 je intenzita magnetického pole H_x(a) již pouze na hodnotě 4 % hodnoty Ho na povrchu stupnice. Je proto obtížné jít pod hodnotu a= 2λ, jinak by výsledné pole bylo tak slabé, aby jej bylo možno detekovat odporem magneto-odporových elektrod. Harmonické pole H_x(x,a) rozdílné od η = 1 však klesají s rostoucí hodnotou periody λ. Pokusy prokázaly že optimální je hodnota periody λ blízká 2a, s výhodou hodnota ležící 35 v rozmezí 1,6 až 2,2a. Pokusy bylo dále prokázáno, že požadované přesnosti lze dosáhnout např.

pro hodnoty periody λ ležící v rozmezí 0,5 až 1,5 milimetrů, přednostně rovnající se 1,0 mm.

Průmyslová využitelnost

Vynález je určen pro přesná měření mechanických rozměrů, zejména ve strojírenské výrobě a dalších příbuzných oborech.

Claims (24)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Přenosné elektronické přesné posuvné měřítko, tvořené jezdcem (1) uspořádaným suvně v podélném směru na vodicí tyči (2), která je stejně jako jezdec (1) opatřena čelistí (10, 20), přičemž na jezdci (1) jsou umístěny vlastním elektrickým zdrojem (110, 111) opatřené elektronické prostředky (11) vybavené elektronickým displejem (12) pro zobrazení informace o vzdálenosti mezi oběma čelistmi (10, 20), vyznačující se tím, že vodicí tyč (2) je opatřena magnetickou stupnicí (21) o dané periodě λ magnetizace, přičemž elektronické prostředky (11) jsou opatřeny jednak čidlem (112) sestávajícím ze soustavy n magnetoodporových elektrod (1121) uspořádaných oproti stupnici (21), kde n je celé kladné číslo větší než dvě, jednak prostředky pro stanovení vzdálenosti mezi čelistmi v závislosti na hodnotě odporu magneto-odporových elektrod (1121) a zobrazení stanoveného údaje na elektronickém displeji (12).
2. 2. Posuvné měřítko podle nároku 1, vyznačující se tím, že magneto-odporové elektrody (1121) jsou uspořádány do sad, kde v každé sadě jsou tyto magneto-odporové elektrody (1121) v sériovém zapojení.
3. 3. Posuvné měřítko podle nároku 2, v y z n a č u j í c í se t í m , že počet v sérii zapojených magneto-odporových elektrod (1121) každé sady je větší než 8.
4. 4. Posuvné měřítko podle nároku 3, vyznačující se tím, že tloušťka magnetoodporových elektrod (1121) je menší než 100 nm, přičemž jejich délka je v rozmezí 0,1 až 10 milimetrů a šířka je menší než 40 pm.
5. 5. Posuvné měřítko podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že výsledný odpor magneto-odporových elektrod (1121) každé sady je větší než 10 kQ.
6. 6. Posuvné měřítko podle nároku 5, vyznačující se tím, že výsledný odpor každé sady magneto-odporových elektrod (1121) je větší než 50 kQ.
7. 7. Posuvné měřítko podle nároků 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že magnetoodporové elektrody (1121) jsou rozmístěny podél vodicí tyče (2) v úseku odpovídajícím alespoň dvěma periodám λ magnetizace stupnice (21).
8. 8. Posuvné měřítko podle nároku 7, vyznačující se tím, že magneto-odporové elektrody (1121) každé sady jsou rozloženy v úseku kÁ-w/2 až kX+w/2, kde w je šířka tohoto úseku.
9. 9. Posuvné měřítko podle nároků 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že magnetoodporové elektrody (1121) jsou rozmístěny podél vodicí tyče (2), po délce alespoň 3 mm.
10. 10. Posuvné měřítko podle nároku 2, vyznačující se tím, že sady v sérii zapojených magneto-odporových elektrod (1121) jsou uspořádány do alespoň jednoho měřicího mostu, přičemž výstup (S-S', T-Τ') tohoto mostu, který je výstupem signálu informace o vzdálenosti mezi čelistmi (10,20), je připojen na elektronické prostředky (11).
11. 11. Posuvné měřítko podle nároku 10, vyznačující se tím, že magneto-odporové elektrody (1121) tvořící druhý měřicí most jsou fázově ολ/4 posunuty oproti magnetoodporovým elektrodám (1121) prvního měřicího mostu.

    -7 CZ 287344 B6
12. 12. Posuvné měřítko podle nároku 11, vyznačující se tím, že magneto-odporové elektrody (1121) jsou v podélném směru uspořádány do skupin (1120) elektrod, přičemž tyto skupiny jsou ve vzájemném odstupu o délce λ/4 a každá z nich obsahuje alespoň dvě do série

    5 zapojené magneto-odporové elektrody (1121) stejné sady.
13. 13. Posuvné měřítko podle kteréhokoliv z nároků laž7, vyznačující se tím, že vzdálenost (a) mezi zmagnetizovanou stupnicí (21) a magneto-odporovými elektrodami (1121) je v rozmezí 0,2 až 0,7 mm, přičemž perioda λ magnetizace stupnice má délku v rozmezí 0,5 až ío 1,5 mm.
14. 14. Posuvné měřítko podle kteréhokoliv z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že alespoň část magneto-odporových elektrod (1121) má spirálovitou strukturu.
15. 15 15. Posuvné měřítko podle nároku 14, vyznačující se tím, že alespoň některé magneto-odporové elektrody (1121) spirálovité struktury mají odlišnou orientaci.
16. 16. Posuvné měřítko podle nároku 10, vyznačující se tím, že čidlo (112) je opatřeno alespoň jedním odporem, zapojeným jako kompenzační prvek měřicího mostu nebo mostů.
17. 17. Posuvné měřítko podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že elektronické prostředky (11) jsou uspořádány na desce (115) tištěných spojů, přičemž magneto-odporové čidlo (112) je na této desce (115) umístěno na straně opačné poloze stupnice (21).
18. 18. Posuvné měřítko podle nároku 17, vyznačující se tím, že elektronické prostředky (11) jsou opatřeny permanentním magnetem (114), umístěným na desce (115) tištěných spojů na straně opačné polohy stupnice (21), v blízkosti magneto-odporových elektrod (1121).

    30
19. 19. Posuvné měřítko podle nároku 18, vyznačující se tím, že magneto-odporové čidlo (112) je ze strany přilehlé ke stupnici (21) pokryto syntetickou ochrannou vrstvou (116).
20. 20. Posuvné měřítko podle nároku 18, vyznačující se tím, že deska (115) tištěných spojů je upevněna přímo na jezdci (1) tak, že magneto-odporové elektrody (1121) magneto-

    35 odporového čidla (112) jsou v určené vzdálenosti (a) od stupnice (21), přičemž deska (115) tištěných spojů je z vnější strany pokryta nárazuvzdomým povlakem (117), opatřeným průzorem pro elektronický displej (12).
21. 21. Posuvné měřítko podle kteréhokoliv z nároků lažl2, vyznačující se tím, že

    40 elektronické prostředky (11) jsou opatřeny akumulátorem (110) a lineárním generátorem (111).
22. 22. Posuvné měřítko podle kteréhokoliv z nároků lažl2, vyznačující se tím, že vodicí tyč (2) a jezdec (1) jsou zhotoveny z hliníku, přičemž stupnice (21) je z oceli.

    45
23. 23. Posuvné měřítko podle nároku 22, vyznačující se tím, že stupnice (21) je pokryta ochrannou vrstvou (22) z nemagnetického materiálu.
24. 24. Posuvné měřítko podle nároku 23, vyznačující se tím, že ochranná vrstva (22) je opatřena značením (220) ukazujícím alespoň přibližně polohu jezdce (1) na vodicí tyči (2).