CZ395799A3 - Portable electronic precise slide caliper - Google Patents
Portable electronic precise slide caliper Download PDFInfo
- Publication number
- CZ395799A3 CZ395799A3 CZ19993957A CZ395799A CZ395799A3 CZ 395799 A3 CZ395799 A3 CZ 395799A3 CZ 19993957 A CZ19993957 A CZ 19993957A CZ 395799 A CZ395799 A CZ 395799A CZ 395799 A3 CZ395799 A3 CZ 395799A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- magneto
- electrodes
- caliper according
- scale
- resistive
- Prior art date
Links
Abstract
Description
z ELEKTRONICKÉ^POSUVNÉ MĚŘÍTKOz ELECTRONIC ^ SLIDING SCALE
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká elektronického posuvného měřítka, určeného pro měření lineárních vzdáleností, zejména pak přenosného přesného posuvného měřítka elektronického typu.The invention relates to an electronic caliper intended for measuring linear distances, in particular to a portable precision caliper of the electronic type.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
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 vodící tyči posuvného měřítka a soustavou elektrod na jezdci měřítka, ke kterým dochází při posuvu jezdce podél vodící 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.Traditional vernier calipers are gradually being replaced by electronic calipers, which allow better reading at an affordable price. Most currently used electronic meters are equipped with capacitive sensors. The changes in capacity between the set of electrodes placed on the caliper guide bar and the set of electrodes on the scale slider that occur when the slider is moved along the guide bar correspond to the position of the slider on the base. The resulting value is shown on the display, which is usually placed on the slider. Circuits of the respective type are described, for example, in 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 vyžadují 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.The principle of capacitance measurement has found its popularity due to its excellent resolution and accuracy, as well as the low power consumption of such a device, which allows battery power. However, calipers with capacitive sensors require Cleanliness for correct operation. Therefore, they are not suitable for operation in humid environments or environments exposed to grease or dust. Therefore, in such a difficult environment, electronic meters or other meters with mechanical readout take precedence over electronic meters.
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.EP 286 820 describes a caliper with a scale equipped with magnetic sections. A magnetic read head is mounted on the slider, which records changes in the magnetic field caused by the slider's movement. However, such a magnetic head is expensive and bulky, making it difficult to incorporate it into a spatially limited caliper design. The accuracy of the measurement is directly proportional to the accuracy and magnitude of the noise of the magnetic head and further depends on the accuracy of the head attachment to the scale. In addition, the resolution of this device is limited.
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.Magnetic resistive electrodes used for measuring linear or angular lengths are further known as such. However, the resistance of these electrodes to known sensors is too low for battery operation. Therefore, the use of high-energy sensors in self-contained devices, as in portable electronic meters, is not foreseen.
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.Calipers using the properties of magnetic resistive materials have already been described, for example, in U.S. Pat. Nos. 5029402, 4226024 and 5174041. These calipers describe a caliper equipped with one magneto-resistive electrode. The distance between the two sensors is critical and determines the achievable measurement accuracy. The applied principle, working with only two electrodes with magnetic resistance, does not allow the construction of precision calipers, ie gauges capable of measuring lengths with an accuracy and resolution of less than one tenth of a millimeter. For these reasons, the use of such calipers is limited to applications such as the measurement of pieces of meat or the diameter of trees where too high a measurement accuracy is not required. Thus, the teachings contained in these publications cannot be applied in a completely different field of accurate measurement.
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 jsou parametry srovnatelné s tím, co poskytují kapacitní posuvná měřítka obdobné ceny, přičemž spotřeba energie by umožňovala napájení z obyčejné baterie, např, lithiové.The object of the present invention is therefore to design a portable electronic caliper with improved utility properties over known scales of this type. In particular, it is the design of a caliper equipped with a sensor with low sensitivity to dust and grease, having a resolution of the order of hundredths of a millimeter and an accuracy of the order of a few hundredths of a millimeter, parameters comparable to those of capacitive calipers of similar price powered by ordinary battery, eg lithium.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Výše uvedeného účelu je dosaženo přenosným elektronickým posuvným měřítkem podle vynálezu, opatřeným jezdcem, uspořádaným suvně v podélném směru na vodící tyči, která je stejně jako jezdec opatřena čelistí, a na jezdci jsou umístěny elektronické prostředky s vlastním elektrickým zdrojem a elektronickým displejem pro zobrazení informace o vzdálenosti mezi oběma čelistmi, v provedení podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že vodící tyč je opatřena The above purpose is achieved by a portable electronic caliper according to the invention provided with a slider disposed in a longitudinal direction on a guide rod which, like the slider, is provided with a jaw, and the slider is provided with electronic means with its own power supply and electronic display the distance between the two jaws, in the embodiment according to the invention, the principle being that the guide rod is provided with
zmagnetizovanou stupnicí o dané periodě λ magnetizace, přičemž elektronické prostředky jsou opatřeny jednak čidlem sestávajícím ze soustavy n magnetoodporových elektrod uspořádaných oproti stupnici, kde n je celé kladné číslo větší než dvě, jednak prostředky pro 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 délka je v rozmezí 0,1 až 10 milimetrů a šířka je menší než 40 pm. Výsledný odpor magneto-odporových elektrod každé sady je větší než 10 kQ, s výhodou větší než 50 kQ. Ve výhodném provedení jsou magneto-odporové elektrody rozmístěny podél vodící tyče v úseku odpovídajícím alespoň dvěma periodám λ magnetizace stupnice, nejlépe v úseku kl-w/2 až kk+w/2, kde w je šířka tohoto úseku. Doporučená délka úseku je alespoň 3 mm. Rovněž podle předmětného vynálezu je každá sada v sérii zapojených magneto-odporových elektrod uspořádána do alespoň jednoho měřícího mostu, který je výstupem signálu informace o vzdálenosti mezi čelistmi (10,20), je připojen na elektronické prostředky. Ve výhodném provedení jsou vytvořeny dva měřící mosty a magnetoodporové elektrody druhého měřícího mostu jsou fázově o λ/4 posunuty oproti magneto-odporovým elektrodám prvního měřícího mostu. Je rovněž výhodné, je-li čidlo opatřeno alespoň jedním odporem, zapojeným jako kompenzační prvek měřícího 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, 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.a magnetized scale having a given λ magnetization period, the electronic means having both a sensor consisting of a set of n magnetoresistive electrodes arranged against a scale where n is an integer greater than two and a means for determining the distance between the jaws as a function of magneto-resistivity electrodes and display the specified data on the electronic display. Preferably, the magneto-resistive electrodes are arranged in arrays, wherein in each array the electrodes are in series, the number of electrodes in series of each array being greater than eight. A further improvement is achieved in that the thickness of the magneto-resistive electrodes is less than 100 nm, having a length in the range of 0.1 to 10 millimeters and a width of less than 40 µm. The resulting resistance of the magneto-resistive electrodes of each set is greater than 10 k k, preferably greater than 50 kQ. In a preferred embodiment, the magneto-resistive electrodes are disposed along the guide rod in a section corresponding to at least two periods λ of magnetization of the scale, preferably in a section kl-w / 2 to kk + w / 2, where w is the width of the section. The recommended length of the section is at least 3 mm. Also, according to the present invention, each set of series-connected magneto-resistive electrodes is arranged in at least one measuring bridge, which is the output of the jaw distance information signal (10, 20), connected to electronic means. In a preferred embodiment, two measuring bridges are provided and the magnetoresistive electrodes of the second measuring bridge are phase shifted by λ / 4 relative to the magneto-resistive electrodes of the first measuring bridge. It is also advantageous if the sensor is provided with at least one resistor connected as a compensating element of the measuring bridge or bridges. Further, according to the present invention, the magneto-resistive electrodes are arranged in longitudinal direction into groups of electrodes and these groups are spaced apart by a length of λ / 4 and each of them comprises at least two series-connected magneto-resistive electrodes of one set. The distance between the magnetic scale and the magneto-resistive electrodes is preferably in the range of 0.2 to 0.7 mm, the period λ of the magnetization of the scale having a length in the range of 0.5 to 1.5 mm. According to the present invention, at least a portion of the magneto-resistive electrodes have a spiral structure. In a preferred embodiment of the spiral structure, at least some of its magneto-resistive electrodes have a different orientation.
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 nárazuvzdorným povlakem, opatřeným 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. Čidio je ze strany přilehlé ke stupnici pokryto syntetickou ochrannou vrstvou. Je rovněž výhodné, jsou-li elektronické prostředky opatřeny akumulátorem a lineárním generátorem.According to a preferred embodiment of the present meter, the electronic means are arranged on a printed circuit board, the magneto-resistive sensor being located on that board on the side opposite to the scale. The printed circuit board is preferably mounted directly on the slider such that the magneto-resistive electrodes of the sensor are at a specified distance from the scale. In a preferred embodiment, the printed circuit board is externally covered with a shockproof coating provided with an electronic display window. The electronic means is further preferably provided with a permanent magnet disposed on the printed circuit board on the side opposite to the scale, preferably near the magneto-resistive electrodes. The Chidio is covered with a synthetic protective layer on the side adjacent to the scale. It is also advantageous if the electronic means are provided with an accumulator and a linear generator.
Ve výhodném provedení jsou vodící 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 vodící tyči.In a preferred embodiment, the guide rod and the slide are made of aluminum, the scale being of steel. The scale is covered with a protective layer of non-magnetic material, which may be provided with a marking showing at least approximately the position of the slider on the guide bar.
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.Due to the above embodiment, the caliper according to the invention has a very low power consumption. The sensor used has low sensitivity to dust and grease, yet has a high resolution of the order of hundredths of a millimeter and an accuracy of the order of several hundredths of a millimeter.
Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
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 magnetoodporových elektrod do měřícího mostu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a perspective view of a portable electronic caliper according to the present invention, broken down into main elements; on this scale, Fig. 3 is a schematic perspective view of a magneto-resistive sensor at a position above the scale of the present scale, and Fig. 4 shows an electrical diagram of the connection of magnetoresistive electrodes to a measuring bridge.
Příklad provedeniExecution example
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 vodící tyči a prostředků pro nastavení polohy čelistí.An embodiment of a portable electronic caliper as shown in Fig. 1 is generally known and has been described, for example, in EP 719999, the applicant of which is identical to the applicant of the present invention. The contents of this document, which are incorporated herein by reference, represent a possible and advantageous embodiment of means for guiding the rider on the guide rod and means for adjusting the position of the jaws.
Posuvné měřítko podle vynálezu je opatřeno vodící tyčí 2 a jezdcem 1, který je na vodící tyči 2 uložen suvně v jejím podélném směru. Vodící tyč 2 může mít různou délku, podle zamýšleného užití, typické jsou délky 15, 20 nebo 40 cm. Jezdec i je spojen s posuvnou čelistí 10, zatímco vodící 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.The caliper according to the invention is provided with a guide rod 2 and a slider 1 which is mounted on the guide rod 2 in a sliding manner in its longitudinal direction. The guide rod 2 may have different lengths, depending on the intended use, typically being 15, 20 or 40 cm in length. The slider 1 is connected to the sliding jaw 10, while the guide bar 2 is provided with a fixed jaw 20. The display 12, e.g. provided with liquid crystal indicators, the so-called LCD display, displays information indicating the distance of the two jaws 10.20. For example, the reading on the display 12 may be a five-digit number, the first three indicating the value in millimeters and the remaining two numbers, after the decimal point, of hundredths of a millimeter.
Na vodící tyči 2 je pomocí známých prostředků, např. nalepením, upevněna zmagnetizovaná stupnice 21 Stupnice 21 pokrývá s výhodou celou délku vodicí tyče 42 U alternativního provedení pokrývá stupnice 21 pouze tu část vodící tyče 2, podél níž se může posouvat dále popsané čidlo 112.The magnetized scale 21 is fastened to the guide rod 2 by known means, e.g. by gluing. The scale 21 preferably covers the entire length of the guide rod 42 In an alternative embodiment, the scale 21 covers only that part of the guide rod 2 along which the sensor 112 described below.
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.The guide rod 2 and the slider 1 are preferably made of metal, eg aluminum, for production economy, steel or other solid material. The scale 21 comprises a material having the properties of a permanent magnet. E.g. it may have a mild steel or glass backing, coated with a layer of ferrite with high magnetic coercive force. The scale 21 is magnetized by the magnetization period λ as shown in Figures 2 and 3. In the example shown, the periodic magnetization is substantially horizontal, ie, along the longitudinal axis of the scale 21. Similarly, the scale 21 with vertical magnetization, i.e. perpendicular to the scale 21 This scale 21 has the advantage of being more stable to other magnetic fields, since it is more resistant to parasitic magnetic phenomena.
Je však třeba mít na paměti, že kromě předmětného provedení, kde vodicí tyč 2 a stupnice 21 tvoři dva samostatné díly, je možno zmagnetizovat přímo vodící tyč 2, pokud je zhotovena z vhodného materiálu. Pak jsou vodící tyč 2 i stupnice 21 integrovány do jediného prvku.It should be understood, however, that in addition to the present embodiment, wherein the guide rod 2 and the scale 21 are two separate parts, the guide rod 2 can be magnetized directly if it is made of a suitable material. Then the guide rod 2 and the scale 21 are integrated into a single element.
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.The scale 21 is coated with a protective layer 22 of non-magnetic material. The protective surface may be formed, for example, by means of a self-adhesive plastic film on which the marking 220 is provided, allowing the user to continuously monitor the jaw settings 10, 20 without viewing the display 12.
V uvedeném příkladu je vodící 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 prostředků.In the example shown, the guide bar 2 is surrounded by the slider 1 from three sides, from below and on both side edges. The printed circuit board 115 is attached directly to the upper side of the slider 1, preferably by means of screws. The machining of the contact surfaces of the slider 1 and the printed circuit board 115 must be precise enough to achieve the necessary distance between the scale 21 and the printed circuit board 115. If necessary, appropriate means can be used to adjust this distance.
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 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 vodící tyči 2. Ochranný povlak 116 z epoxydové pryskyřice chrání čidlo 112 před mechanickým poškozením jeho magneto-odporových elektrod 1121 částicemi prachu, které ulpívají na vodicí tyči 2. Elektronické prostředky H 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 1. Součástí napájení může být též lineární generátor IH, umístěný zespodu na desce 115 tištěných spojů, oproti stupnici 21. Lineární generátor 111 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 displeji 12, zejména Integrovaný obvod 113 typu ASIC. Elektronické prostředky ti 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.The electronic means 11 for displaying the distance 12 of the two calipers 10,20 on the display 12 are arranged on the printed circuit board 115. In particular, they comprise a magneto-resistive sensor 112 which, as shown schematically in FIG. 3, is placed on the printed circuit board 115 from below, as opposed to the magnetized scale 21. The sensor 112 consists of a set of magneto-resistive electrodes 1121 arranged in electrode groups 1120 . The value of the individual resistances of the system is a periodic function of the position of the slider 1 on the guide rod 2. The epoxy resin protective coating 116 protects the sensor 112 from mechanical damage to its magneto-resistive electrodes 1121 by dust particles adhering to the guide rod 2. The battery 110 is preferably a flat lithium battery which guarantees several hours of autonomous meter operation. The power supply may also comprise or be directly formed by a photocell located on the slider cover 13 of the slider. The power supply may also include a linear IH generator located on the bottom of the printed circuit board 115 as opposed to the scale 21. The linear generator 111 may e.g. coils. As the slider 1 moves along the scale 21, with changes in the magnetic field, a current can be induced in the coils by which the rechargeable battery or rechargeable battery 110 can be recharged. The electronic means 11 also comprise means for evaluating the value of the electrode magnetic resistance of the sensor 112 and converting it to a length value corresponding to the jaw spacing 10, 20, and ensuring that these data are displayed on the display 12, in particular the ASIC-type integrated circuit 113. The electronic means t1 also preferably includes an additional permanent magnet 114 that is positioned opposite the sensor 112. The permanent magnet 114 can be advantageously used to polarize the magneto-resistive electrodes 1121 of the sensor 112 to achieve the desired characteristic.
Elektronické prostředky JI jsou z vnější strany chráněny krytem 13, s výhodou opatřeným nárazuvzdorným povlakem 117 ze syntetického materiálu. Tvar krytu 13 je ergonometrický a dovoluje snadný pohyb jezdce 1 v obou směrech po vodící tyči 2. 2a 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 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.The electronic means 11 are protected from the outside by a cover 13, preferably provided with a shock-resistant coating 117 of synthetic material. The shape of the cover 13 is ergonometric and allows easy movement of the slider 1 in both directions along the guide rod 2. 2a, for this purpose, the cover 13 is provided with a protruding, non-sliding member 130 which greatly facilitates handling. The viewing window 131 in the housing 13 allows a view of the display 12. The switches 132 control functions such as commissioning the meter, resetting, evaluating the average value of successive measurements, etc. The housing 13 may be removed, at least partially, to replace the battery 110. The optoelectronic connector 133 serves as an interface between the meter and an external device, such as a printer, a computer, or the like.
Jak již řečeno výše, je čidlo 112 tvořeno velkým počtem magnetoodporových 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 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, která je dostatečná pro měření změn odporu magnetoodporových elektrod 1121. aniž by elektronika čidel 112 musela být nadměrně složitá.As mentioned above, the sensor 112 is formed by a plurality of magnetoresistance electrodes 1121, which are schematically shown in FIG. 3. These electrodes 1121 are arranged in parallel rows. The length of the electrodes 1121 is in the range of 0.1 to 10 millimeters, preferably only slightly less than the width of the sensor chip 112. at a width of 1.4 mm, the length of the magnetoresistive electrodes 1121 approaches 1 mm. The width of the electrodes 1121 is extremely small, as conventional manufacturing technology permits, preferably up to 40 microns, e.g., 5 microns. Their thickness is less than 100 nm, preferably up to 50 nm. With these dimensions, it is possible to work with the integrated high-resistance magneto-resistive electrodes 1121 and thus reduce energy consumption below the level of known sensors. This allows the use of a single battery 110. Due to the above dimensions, it is further possible to achieve a magnetic field sensitivity of the scale 21 sufficient to measure the variation in resistance of the magnetoresistance electrodes 1121. without the electronics of the sensors 112 having to be excessively complex.
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 Hx(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 vodící 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.The individual magneto-resistive electrodes 1121 are disposed in the longitudinal direction of the sensor 112 so that they occupy a different phase position relative to the scales 21 generated by the magnetic field, the intensity of which is given by the function H x (x) with a period λ,. At a sufficient distance from the scale 21, the intensity of the magnetic field is approximately a sinusoidal function of the length x. The magnetic field generated by the scale 21 on each magneto-resistive electrode 1121 is thus a sinusoidal function of the longitudinal position of the electrode. The resistance of each electrode is sinusoidal when the slider 1 moves along the guide rod 2. The integrated circuit 113, based on the values of the individual resistances of the partial electrodes 1121, detects the position of the slider 1 and displays this information on the display 12.
Obr. 4 schematicky zobrazuje výhodné zapojení elektrod 1121. V tomto příkladu jsou magneto-odporové elektrody 1121 zapojeny tak, že vytvářejí měřící 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 Β, B' fázově o 180° posunuty vůči elektrodám čtvrté sady D, D\Giant. 4 schematically illustrates the preferred wiring of the electrodes 1121. In this example, the magneto-resistive electrodes 1121 are connected to form measurement bridges, the so-called Wheatstone bridges. The corresponding electrodes of each bridge are phase shifted by 90 °, ie λ / 4. Each bridge consists of four magneto-resistive electrodes or preferably four sets A, B, C, D and A ', B', C'D 'of the magneto-resistive electrodes 1121, as will be shown below. The electrodes of the first set A, A 'are phase shifted by 180 ° compared to the electrodes of the third set C, C'. Similarly, the electrodes of the second set Β, B 'are phase shifted by 180 ° relative to the electrodes of the fourth set 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, CO' sad elektrod jsou uspořádány do spirálovité struktury s opačnou polaritou, např. +45° a -45°. Lze prokázat, že identické magnetické pole Hx 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 Hx na každé magnetoodporové 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.The first and second electrode sets A, A ', B, B' occupy the same position as the respective third and fourth electrode sets C, C ', D, D'. The magneto-resistive electrodes 1121 of each pair of AB, A'B ', CD, CO' electrode sets are arranged in a spiral structure with opposite polarity, e.g. + 45 ° and -45 °. It can be shown that identical magnetic field H x causes to the magnetoresistive electrode 1121 of the arrangement Ar resistance change which is opposite to the change in resistance to magnetoresistive electrode 1121 of the arrangement with a -45 ° orientation. Hence, the formation of a given opposite orientation structure has the same effect as a 180 ° phase shift. The use of a given spiral structure ensures that it is possible to control the magnitude of the change in resistance Ar induced by the magnetic field H x at each magnet resistance resistor 1121. With this spiral structure in opposite orientation, e.g. + 45 ° and -45 °, in the arrangement of the electrodes, which makes it possible to increase their density and achieve better compensation for geometric errors.
Oba mosty jsou napájeny jsou zapojeny mezi napětí Up a Un. Signál na výstupu S-S' prvního mostu je fázově o 90σ posunutý vůči signálu odebíranému na výstupu T-T' druhého mostu. Pomocí měřících 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.Both bridges are powered are connected between voltage Up and Un. The signal at the output S-S 'of the first bridge is phase-shifted by 90σ relative to the signal drawn at the output T-T' of the second bridge. With the aid of measuring bridges it is possible to compensate for errors caused by, for example, the gap between the scale 21 and the sensor 112 and thus achieve an accuracy of better than 10 µm, of the order of about 5 µm, even using a simple guide mechanism common to conventional calipers of the above type.
Čidlo 112 obsahuje dále alespoň jeden kompenzační odpor, jehož hodnotu lze při výrobě nastavit laserem, sloužící pro vyvážení měřícího mostu, kdy na něj nepůsobí žádné magnetické pole. Tento odpor umožňuje kalibraci měřícího mostu.The sensor 112 further comprises at least one compensating resistor, the value of which can be adjusted during manufacture by means of a laser for balancing the measuring bridge when no magnetic field is applied to it. This resistance allows calibration of the measuring bridge.
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 měřících mostech, z nichž každý má čtyři sady po 72 elektrodách, je tedy 576. Odpor každé sady A,B,C,D a A',B',C',D' každého měřícího mostu, měřený mezi body UP a Un může tak být větší než 10 kQ., což umožňuje napájení měřidla jedinou lithiovou baterií malého rozměru po několik hodin.To further reduce the power consumption of the sensor 112, the electrode sets A to D 'are preferably made of several magneto-resistive electrodes 1121 connected in series. Preferably, the number of electrodes in each set is greater than four and is limited only by the size of the sensor 112. In the embodiment shown in the drawing, seventy-two magneto-resistive electrodes 1121 are used in each set. Thus, the total number of magneto-resistive electrodes 1121 in sensor 112. with two measuring bridges each having four sets of 72 electrodes, is 576. The resistance of each set A, B, C, D and A ', B', C ' D 'of each measuring bridge, measured between the points P and U Un can thus be greater than 10 k.OMEGA., which allows the power meter a single lithium battery of small size for several hours.
Všechny elektrody tvořící každou sadu mají stejnou fázovou polohu, tj. polohu po délce periody λ. V prvním upřednostňovaném provedení jsou magnetoodporové elektrody 1121 každé sady rozloženy tak, že mají vzájemně velmi blízkou fázovou polohu, např. v rozmezí k λ - w/2 až k λ + w/2, kde k je celé číslo a w 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 spirálovitých struktur s opačnou orientací.All electrodes forming each set have the same phase position, ie position along the length of the period λ. In a first preferred embodiment, the magnetoresistive electrodes 1121 of each set are spaced so as to have a very close phase position, e.g., in the range of λ - w / 2 to λ + w / 2, where k is an integer aw is a section width parameter electrode distribution 1121. In one example, w = λ / 4. One group of electrodes of one set, distributed along a section of given width w, is denoted by reference numeral 1120 in Fig. 3. With this configuration, the resulting resistance value of the electrode set A to D 'can be achieved. width w. In a second preferred embodiment, which may be combined with the first, each set comprises electrodes 180 ° phase shifted but arranged in spiral structures with opposite orientation.
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 112,To achieve optimal compensation for the geometric errors of the system, the magneto-resistive electrodes 1121 of the sensor 112 are distributed over a length of λ, preferably equal to at least two λ periods, e.g., six λ periods. Their maximum number is limited only by the size of the sensor chip 112,
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 vztahuThe intensity H of the magnetic field on the scale surface preferably ranges from 10 to 100 kA / m and decreases exponentially with distance and from the surface according to
Hx(a) = Ho. e'2(*a/x) H x (a) = H o . e ' 2 ( * a / x)
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 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.With portable calipers, the distance between the scale 21 and the magneto-resistive electrodes 1121 cannot be less than 200 µm without a significant increase in cost. It is therefore appropriate to choose a size of this distance between 200 pm and 700 pm. Greater value will bring no significant economic gain. Therefore, in the embodiment of the present invention, a value of 500 µm is selected, a value significantly greater than the conventional performance of the magneto-resistance sensors.
Výše uvedený poměr ukazuje, že intenzita Hx(x) magnetického pole ve vzdálenosti a od stupnice 21 prudce vzrůstá s periodou λ. Pro a = λ/2 je intenzita magnetického pole Hx(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 Hx(x,a) rozdílné od n = 1 však klesají s rostoucí hodnotou periody λ. Pokusy prokázaly že optimální je hodnota periody λ blízká 2a, s výhodou hodnota ležící 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.The above ratio shows that the intensity H x (x) of the magnetic field at a distance and from the scale 21 increases sharply with period λ. For a = λ / 2, the magnetic field strength H x (a) is only 4% of the H o value on the scale surface. It is therefore difficult to go below the value of a = 2λ., Otherwise the resulting field would be weak enough to be detected by the resistance of the magneto-resistive electrodes. However, the harmonic field H x (x, a) different from n = 1 decreases with increasing value of period λ. Experiments have shown that an optimum period of λ is close to 2a, preferably a value in the range of 1.6 to 2.2a. The experiments have further shown that the required accuracy can be achieved, for example, for values of a period λ in the range of 0.5 to 1.5 millimeters, preferably equal to 1.0 mm.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Vynález je určen pro přesná měření mechanických rozměrů, zejména ve strojírenské výroby a dalších příbuzných oborechThe invention is intended for precision measurements of mechanical dimensions, particularly in engineering and other related fields
Claims (24)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ19993957A CZ287344B6 (en) | 1997-05-09 | 1997-05-09 | Portable electronic accurate slide calliper |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ19993957A CZ287344B6 (en) | 1997-05-09 | 1997-05-09 | Portable electronic accurate slide calliper |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ395799A3 true CZ395799A3 (en) | 2000-08-16 |
| CZ287344B6 CZ287344B6 (en) | 2000-10-11 |
Family
ID=5467490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ19993957A CZ287344B6 (en) | 1997-05-09 | 1997-05-09 | Portable electronic accurate slide calliper |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ287344B6 (en) |
-
1997
- 1997-05-09 CZ CZ19993957A patent/CZ287344B6/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ287344B6 (en) | 2000-10-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6332278B1 (en) | Portable precision electronic caliper | |
| US7530177B1 (en) | Magnetic caliper with reference scale on edge | |
| CN100485309C (en) | Megnetic displacement measurement device | |
| US4471304A (en) | Fluid-powered actuator having a cylinder with magnetic field detectors thereon and a magnetized piston rod | |
| US6724186B2 (en) | Measuring device with magneto-resistive electrodes, and measuring method | |
| JP3069789B2 (en) | Electronic circuit for dimension measuring device, dimension measuring device and dimension measuring method | |
| US4226024A (en) | Caliper | |
| JP6116061B2 (en) | Current sensor | |
| WO2010124580A1 (en) | Position detecting device and signal processing device and method thereof | |
| JP3089406B2 (en) | Magnetoresistive sensor for size measurement and size measurement device | |
| TW201706575A (en) | Liquid surface detection device | |
| Sandra et al. | Combined variable reluctance-Hall effect displacement sensor | |
| US6373242B1 (en) | GMR sensor with a varying number of GMR layers | |
| JP2007192722A (en) | Position detector | |
| CZ395799A3 (en) | Portable electronic precise slide caliper | |
| KR100358595B1 (en) | Portable precision electronic calliper | |
| CN107121649B (en) | Method for measuring magnetic moment of magnetic molecular cluster by using magnetometer | |
| JPH01203904A (en) | Printing wheel and coder | |
| CN1254412A (en) | Portable precision electronic calliper | |
| JP3527990B2 (en) | Surface distance measuring device | |
| JPS59142403A (en) | Digital vernier caliper | |
| PL183591B1 (en) | Accurate portable electronic slide callipers | |
| JP4420652B2 (en) | Position detection device | |
| CN210442500U (en) | Novel high-precision magnetic field measuring instrument | |
| CN208399786U (en) | A kind of zoom lens controlled using voice coil motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD00 | Pending as of 2000-06-30 in czech republic | ||
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20140509 |