PL183591B1 - Suwmiarka elektroniczna przenośna - Google Patents

Abstract

· Suwmiarka elektroniczna przenośna składająca się z trzonu ze szczęką oraz z przemieszczanego wzdłuż tego trzonu suwaka ze szczęką, który to suwak jest zaopatrzony w elektroniczny układ wskazywania i odczytywania odległości zawartej każdorazowo pomiędzy ruchomymi względem siebie szczękami suwmiarki przy czym układ elektroniczny zawiera źródło energii elektrycznej, co najmniej jeden czujnik z magnetorezystywnymi elektrodami oraz wyświetlacz ciekłokrystaliczny, znamienna tym. że trzon (2) suwmiarki jest zaopatrzony w magnesowaną skalę (21), a pojedynczy czujnik (112) z magnetorezystywnymi elektrodami (1121) jest umieszczony naprzeciwko magnesowanej skali (21) na spodniej stronie płytki (115) z obwodem drukowanym w odległości (a) od magnesowanej skali (2), zaś źródło energii elektrycznej stanowiące część układu elektronicznego (11) jest utworzone z baterii (110) oraz z umieszczonego na spodniej stronie płytki (115) z obwodem drukowanym generatora liniowego (111), a ponadto układ elektroniczny (11) zawiera obwód scalony (113) oraz magnes trwały (114), przy czym zarówno obwód scalony (113) jak i magnes trwały (114) są umieszczone na wierzchniej stronie płytki (115) z obwodem drukowanym.

Description

Przedmiotem wynalazku jest suwmiarka elektroniczna przenośna do mierzenia wymiarów liniowych.

Tradycyjne suwmiarki są stopniowo wypierane przez suwmiarki elektroniczne, które zapewniają, lepszy odczyt po konkurencyjnej cenie. Większość stosowanych obecnie suwmiarek elektronicznych zawiera czujniki pojemnościowe. Zmiany pojemności spowodowane pomiędzy polem elektrod na trzonie suwmiarki a polem elęktrod usytuowanych naprzeciw na suwaku suwmiarki są mierzone, aby uzyskać informacje zależne od położenia suwaka wzdłuż trzonu. Informacje te są wyświetlane na ekranie zwykle integralnym z suwakiem. Obwody tego typu są opisane przykładowo w zgłoszeniu patentowym EP96810686 na rzecz Brown & Sharpe TESA SA.

Zasada pomiaru pojemnościowego ustaliła się z jednej strony dlatego, że zapewnia doskonałą rozdzielczość i dokładność, a z drugiej strony dlatego, że pobór energii elektrycznej tych urządzeń jest bardzo mały, tak że mogąbyć one zasilane z baterii. Taka suwmiarka typu pojemnościowego musi jednak być utrzymywana w czystości, aby działała prawidłowo. Nie jest ona zatem dobrze dostosowana do działania w środowisku wilgotnym lub narażonym na bryzgi środków smarujących albo na przykład na pył. W takich trudnych warunkach suwmiarka ręczna lub zegarowa jest zatem lepsza niż suwmiarka elektroniczna.

W publikacji EP 286820 opisano suwmiarkę zawierającą skalę wyposażoną w magnesowe sekcje. Na suwaku usytuowana jest magnetyczna głowica odczytowa, która rejestruje zmiany pola magnetycznego spowodowane przez przemieszczenie suwaka. Taka głowica magnetyczna jest jednak stosunkowo droga i duża, tak że trudno jest ją zintegrować w zmniejszonej objętości suwmiarki. Dokładność pomiaru zależy bezpośrednio od dokładności i szumu w głowicy magnetycznej jak również od prawidłowego umieszczenia głowicy względem skali. Ponadto rozdzielczość zapewniana przez to urządzenie jest ograniczona.

Znane są czujniki z elektrodami magnetorezystywnymi do mierzenia wymiarów liniowych lub kątowych. Rezystancja elektrod magnetorezystywnych tych znanych czujników jest jednak zbyt słaba, by mogły one być zasilane z baterii. Stosowanie takich czujników o dużym poborze energii elektrycznej w urządzeniu z własnym zasilaniem, na przykład w przenośnej suwmiarce, nie było zatem dotychczas rozważane.

Suwmiarki wykorzystujące właściwości materiałów magnetorezystywnych opisane są już na przykład w publikacjach patentowych US 5029402, US 4226024 i US 5174041. Publikacje te opisują suwmiarki wyposażone w dwa różne czujniki, każdy zawierający jedną elektrodę magnetorezystywną. Odległość pomiędzy tymi dwoma czujnikami jest krytyczna i określa osiąganą dokładność pomiaru. Zasada stosowania przy użyciu tylko dwóch elektrod magnetorezystywnych nie pozwala na zbudowanie dokładnej suwmiarki, to znaczy takiej, która jest zdolna do mierzenia długości z dokładnością i rozdzielczością poniżej 0,1 mm. Z tych powodów stosowanie takich suwmiarek jest zarezerwowane dla specjalnych celów, takich jak mierzenie kawałków mięsa lub średnicy pnia drzewa, gdzie wymagana dokładność nie jest zbyt krytyczna. Informacji zawartych w tych publikacjach nie można jednak przenieść do bardzo różniącej się dziedziny technicznych pomiarów precyzyjnych.

Konstrukcja elektronicznej suwmiarki została też opisana w zgłoszeniu patentowym EP

719999. Publikacja ta zawiera możliwy i korzystny przykład wykonania prowadnicy suwaka wzdłuż trzonu, jak również środków regulacji szczęk.

183 591

Zgodnie z wynalazkiem opracowano suwmiarkę elektroniczną, która wyróżnia się od znanych tego rodzaju suwmiarek tym, że trzon suwmiarki został zaopatrzony w magnesowaną skalę, a pojedynczy czujnik z magnetorezystywnymi elektrodami jest umieszczony naprzeciwko magnesowanej skali na spodnie stronie płytki z obwodem drukowanym w określonej odległości od magnesowanej skali, zaś źródło energii elektrycznej stanowiące część układu elektronicznego jest utworzone z baterii oraz z umieszczonego na spodniej stronie płytki z drukowanym obwodem generatora liniowego, a ponadto układ elektroniczny zawiera obwód scalony oraz magnes trwały, przy czym obwód scalony oraz magnes trwały są umieszczone na wierzchniej stronie płytki z obwodem drukowanym.

Pole elektrod magnetorezystywnych zawiera co najmniej jeden zestaw elektrod magnetorezystywnych połączonych szeregowo.

Liczba elektrod magnetorezystywnych połączonych w szereg jest większa od 8.

Grubość elektrod magneto rezystywnych jest mniejsza niż 100 nm, ich długość wynosi od 0,1 do 10 mm, a ich szerokość jest mniejsza niż 40 μm .

Zestawy elektrod magnetorezystywnych połączonych szeregowo tworzą co najmniej jeden mostek pomiarowy.

Korzystnie jest gdy zestawy elektrod magnetorezystywnych są połączone szeregowo i tworzą dwa mostki pomiarowe.

Korzystnie jest gdy elektrody magnetorezystywne są rozmieszczone wzdłużnie i tworzą x grup, przy czym grupy te są usytuowane w odstępach λ/4 i zawierają co najmniej dwie elektrody magnetorezystywne tego samego zestawu połączone szeregowo.

Odległość pomiędzy magnesowaną skalą a elektrodami magnetorezystywnymi jest w przedziale od 0,2 do 0,7 mm, a okres skali jest zawarty w przedziale od 0,5 do 1 5 mm.

Korzystnie jest gdy elektrody magnetorezystywne są rozmieszczone na co najmniej 3 mm.

Zgodnie z wynalazkiem układ elektroniczny jest utworzony na płytce z obwodem drukowanym, przy czym magnetorezystywny czujnik jest umieszczony na spodniej stronie płytki z obwodem drukowanym naprzeciw skali, a magnes trwały jest umieszczony na wierzchniej stronie płytki z obwodem drukowanym, naprzeciw magnesowanej skali i elektrod magnetorezystywnych.

Czujnik z magnetorezystywnymi elektrodami jest powleczony syntetyczną warstwą ochronną na stronie zwróconej do magnesowanej skali.

W dalszym rozwinięciu wynalazku płytka z drukowanym obwodem jest umieszczona bezpośrednio na suwaku tak aby elektrody magnetorezystywne czujnika znajdowały się w określonej odległości od magnesowanej skali, a ponadto suwak jest wyposażony w odporną na udary powłokę nad płytką z obwodem drukowanym, przy czym w tej odpornej na udary powłoce jest wykonany otwór, w którym umieszczony jest elektroniczny wyświetlacz.

Korzystnie jest gdy magnesowana skala jest powleczona niemagnetyczną powłoką ochronną przy czym powłoka ochronna jest zaopatrzona w znaki informacyjne, które przynajmniej w przybliżeniu oznaczają położenie suwaka wzdłuż trzonu.

Suwmiarka zgodna z wynalazkiem jest znacznie ulepszona w porównaniu ze znanymi tego rodzaju urządzeniami. W szczególności suwmiarka według wynalazku zawiera czujnik o małej wrażliwości na pył i smary, zapewnia rozdzielczość rzędu setnych części milimetra i dokładność rzędu kilku setnych części milimetra.

Suwmiarka według wynalazku zapewnia parametry, które mogą być porównywalne z parametrami jakie posiadają suwmiarki pojemnościowe i to przy podobnym koszcie wykonania i przy zmniejszonym koszcie poboru energii elektrycznej.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia suwmiarkę elektroniczną według wynalazku w rozłożeniu na części, fig. 2 - część elementu elektronicznego stosowanego w suwmiarce według wynalazku w powiększeniu, fig. 3 - czujnik magnetorezystywny nad skalą w suwmiarce według wynalazku schematycznie w widoku perspektywicznym, a fig. 4 - schemat elektryczny pierwszego przykładu połączenia elektrod magnetorezystywnych w celu utworzenia mostków pomiarowych.

Suwmiarka według wynalazku zawiera trzon 2 i suwak 1, który może być przemieszczany wzdłuż tego trzonu. Trzon może mieć różne długości zależnie od zamierzonego zasto

183 591 sowania suwmiarki. Typowe długości wynoszą przykładowo 15, 20 lub 40 cm. Suwak jest wyposażony w ruchomą szczękę 10, podczas gdy trzon jest wyposażony w nieruchomą szczękę 20. Wyświetlacz 12, na przykład wyświetlacz ciekłokrystaliczny, wyświetla informacje zależnie od szczeliny pomiędzy dwiema szczękami. Przykładowo wyświetlacz 12 może pokazywać za pomocą pięciu cyfr, z których dwie są po przecinku, odległość w milimetrach pomiędzy dwiema szczękami 10i20.

Namagnesowana skala 21 jest zamocowana na trzonie za pomocą znanych elementów mocujących, na przykład przez klejenie. Skala ta przebiega korzystnie na całej długości trzonu 2. W alternatywnym przykładzie wykonania skala przebiega wzdłużnie tylko na części trzonu 2, na której może być umieszczony czujnik 112 (opisany dalej).

Trzon 2 i suwak 1 są korzystnie wykonane z metalu, na przykład z aluminium w wykonaniu tanim, lub ze stali w drugiej, mocniejszej postaci wykonania. Skala 21 jest wykonana z trwałego materiału magnetycznego, na przykład jako podłoże z miękkiej stali lub szkła powleczone warstwą ferrytu o dużej korekcyjności magnetycznej. Skala jest namagnesowana z okresem magnetyzacji λ, jak to pokazano zwłaszcza na fig. 2 i 3. W przykładzie przedstawionym na rysunku magnetyzacja okresowa jest zasadniczo poziomą to znaczy wzdłuż osi wzdłużnej skali 21. Można jednak skonstruować skalę o pionowej magnetyzacji okresowej, to znaczy prostopadle do osi skali, przy czym zaletą takiej skali jest lepsza stabilność sąsiednich domen magnetycznych, które są mniej podatne na przemieszczenie przez pasożytnicze pole magnetyczne.

Należy zauważyć, że chociaż trzon i skala w tym korzystnym przykładzie wykonania są zmontowane z dwóch oddzielnych kawałków, możliwe jest również namagnesowanie trzonu bezpośrednio, jeżeli jest on wykonany z odpowiedniego materiału, a wtedy skala i trzon są zintegrowane w jednym elemencie.

Skala 21 jest powleczona niemagnetyczną powłoką ochronną 22. Ta powłoka ochronna może być przykładowo uzyskana za pomocą samoklejącego arkusza syntetycznego posiadającego znaki informacyjne 220, umożliwiające użytkownikowi ocenienie bezpośrednio pomiaru przeprowadzonego bez odczytywania wyświetlacza 12.

W przykładzie tym suwak 1 otacza trzon 2 z trzech stron, mianowicie od dołu i po stronach bocznych. Płytka 115 z obwodem drukowanym jest przymocowana bezpośrednio do wierzchu suwaka, korzystnie wkrętami. Obróbka suwaka i płytki 115 jest wystarczająco dokładna, by odstęp pomiędzy skalą 21 a płytką 115 z obwodem drukowanym był bardzo dokładny. Jeżeli to konieczne, można zastosować odpowiednie środki do regulacji tego odstępu.

Układ elektroniczny 11 umożliwia wyświetlanie na elektronicznym ciekłokrystalicznym wyświetlaczu 12 informacji w zależności od szczeliny pomiędzy szczękami 10 i 20 suwmiarki. Ten układ elektroniczny jest zmontowany bezpośrednio na płytce 115 z obwodem drukowanym. Zawiera on głównie pojedynczy magnetorezystywny czujnik 112, przedstawiony schematycznie na fig. 3, zmontowany pod płytką 115 z obwodem drukowanym naprzeciw namagnesowanej skali 21. Czujnik 112 zawiera pole złożone z wielu magnetorezystywnych elektrod 1121 (fig. 2) w grupach 1120, przy czym wartość różnych rezystancji w tym polu jest okresową funkcją położenia suwaka 1 na trzonie 2. Syntetyczna warstwa ochronna 116 chroni magnetorezystywny czujnik 112, tak aby uchronić ścieżki magnetorezystywnych elektrod 1121 przed zeskrobaniem przez cząstki kurzu na trzonie. Element 11 zawiera ponadto samoczynne źródło energii elektrycznej, którym w przedstawionym przykładzie jest bateria 110. Bateria 110 jest korzystnie utworzona przez płaską baterię litową i musi zapewnić kilka godzin samodzielnego działania urządzenia. Źródło zasilania elektrycznego może również zawierać lub być utworzone przez ogniwo fotoelektryczne na obudowie suwaka. Ewentualnie źródło zasilające zawiera również liniowy generator 111 zamocowany pod płytką 115 obwodu drukowanego i nad przeciwległą skalą 21. Liniowy generator 111 zawiera na przykład elementy typu cewki indukcyjnej. Kiedy suwak 1 jest przemieszczany wzdłuż skali, zmienne pole magnetyczne na cewkach indukcyjnych wytwarza prąd w tych elementach, który może być wykorzystany do ładowania akumulatora lub ładowalnej baterii 110. Obwód scalony 113 typu ASIC określa na podstawie wartości rezystancji elektrod magnetorezystywnych na czujniku 112 informacje zależne od szczeliny pomiędzy szczękami 10 i 20 oraz steruje wyświetlaczem

183 591 w celu wyświetlania tej odległości. Układ elektroniczny 11 korzystnie zawiera również ewentualny magnes trwały 114 zamontowany na górnej stronie płytki 115 obwodu drukowanego naprzeciw czujnika 112. Dzięki temu magnesowi trwałemu elektrody magnetorezystywne 1121 czujnika 112 mogąbyć polaryzowane, by nadać im żądane właściwości.

Układ elektroniczny 111 jest chroniony przez obudowę 117, która korzystnie jest wykonana z syntetycznego materiału odpornego na uderzenia. Kształt tej obudowy jest ergonomiczny i pozwala na łatwe przemieszczanie suwaka w obu kierunkach. W tym celu obudowa 117 jest wyposażona w wystającą nieślizgową część 130, dzięki której można łatwo manipulować suwakiem. Otwór 131 wykonany w wierzchniej ściance 13 obudowy 117 umożliwia obserwację wyświetlacza 12. Przełączniki 132 służą przykładowo do uruchomienia suwmiarki lub do włączenia innych funkcji, takich jak kasowanie, dodawanie lub uśrednianie kolejnych pomiarów itd. Obudowę 13 można zdjąć lub otworzyć przynajmniej częściowo, aby wymienić baterię 110. Ewentualne optoelektroniczne złącze 133 jest zastosowane jako połączenie pomiędzy suwmiarką a urządzeniami zewnętrznymi, takimi jak drukarka, komputer osobisty lub np. maszyna.

Magnetorezystywny czujnik 112 zawiera dużą liczbę magnetorezystywnych elektrod 1121, które są schematycznie pokazane na fig. 3. Elektrody 1121 są umieszczone w polu równoległych elektrod. Długość elektrod wynosi od 0,1 do 10 mm a korzystnie nieco mniej od szerokości czujnika 112. Przykładowo, jeżeli szerokość czujnika 112 wynosi 1,4 mm, długość elektrod magnetorezystywnych wynosi wtedy blisko 1 mm. Szerokość elektrod jest bardzo mała, tak mała, jak na to pozwala aktualna technologia wytwarzania czujnika, korzystnie mniejsza niż 40 pm, np. 5 pm. Ich grubość jest mniejsza niż 100 nm, korzystnie mniejsza niż 50 nm. Przy takich wymiarach możliwe jest uzyskanie zintegrowanych elektrod o dużej rezystancji, a przez to zmniejszenie poboru energii elektrycznej przez czujnik w porównaniu z dotychczasowymi czujnikami, tak że czujnik taki może być zasilany przez zwykłą baterię 110. Wymiary te umożliwiają ponadto uzyskanie czułości na pole magnetyczne skali, która wystarcza do mierzenia zmian rezystancji elektrod bez nadmiernych trudności za pomocą elektronicznego układu czujnika.

Różne elektrody magnetorezystywne 1121 są rozmieszczone wzdłużnie na czujniku 112 tak, aby zajmowały różne położenia fazowe względem pola magnetycznego H_x(x) o okresie λ, wytwarzanego przez skalę 2. Przy wystarczającej odległości od skali 2 pole magnetyczne jest w przybliżeniu sinusoidalną funkcją zmiennej x. Pole magnetyczne wytwarzane przez magnesowaną skalę 21 na każdej elektrodzie magnetorezystywnej 1121 jest zatem sinusoidalną funkcją wzdłużnego położenia tej elektrody. Rezystancja każdej elektrody magnetorezystywnej 1121 zmienia się sinusoidalnie, kiedy suwak 1 jest przemieszczany wzdłuż trzonu. Obwód scalony 113 określa na podstawie wartości różnych rezystancji położenie suwaka i wyświetla te informacje na wyświetlaczu 112.

Na figurze 4 przedstawiono schematycznie korzystny sposób połączenia elektrod magnetorezystywnych 1121. Elektrody magnetorezystywne 1121 są połączone w tym przykładzie tak, aby utworzyć dwa mostki pomiarowe (mostki Wheatstone'a). Odpowiednie elektrody każdego mostka są przesunięte w fazie o 90°, to znaczy o λ/4. Każdy mostek złożony jest z czterech magnetorezystywnych elektrod ABCD, odpowiednio A'B'C'D’ (lub korzystnie z czterech zestawów elektrod magnetorezystywnych, jak to zostanie pokazane poniżej). Elektroda lub zestaw elektrod A, A' ma przesunięcie fazy 180° względem elektrody lub zestawu elektrod C, C’ . Podobnie, elektroda - lub zestaw elektrod Β, B’ ma przesunięcie fazy 180° względem elektrody lub zestawu elektrod D, D’.

Elektrody A, A’, Β, B' mają takie same położenia fazowe jak odpowiednie elektrody B, B', D, D'. Elektrody magnetorezystywne każdej pary AB, A’B’, CD, C’D* są jednakże wyposażone w strukturę biegunową Barber o przeciwnej orientacji, np. o kącie +45° i -45°. Można wykazać, że identyczne pole magnetyczne H_x wytwarza na elektrodzie magnetorezystywnej ze strukturą biegunową Barber zorientowaną pod kątem +45° zmianę rezystancji Ar przeciwną niż zmiana powodowana na elektrodzie magnetorezystywnej ze strukturą biegunową Barber o orientacji -45°. W konsekwencji utworzenie struktur biegunowych Barber o przeciwnej orientacji na elektrodach magnetorezystywnych ma taki sam skutek jak przesunięcie fazy o 180°. Sto183 591 sowanie struktur biegunowych Barber zapewnia, że zmiana rezystancji Δτ powodowana na każdej elektrodzie magnetorezystywnej 1121 przez pole H_x może być kontrolowana. Przez stosowanie struktur biegunowych Barber o różnych orientacjach, np. struktur zorientowanych pod kątem +45° i -45° na tym samym czujniku, uzyskuje się dodatkową swobodę w umieszczaniu elektrod, co umożliwia zwiększenie ich gęstości i uzyskanie lepszej kompensacji błędów geometrycznych.

Te dwa mostki są zasilane pomiędzy napięciami UP i UN. Sygnały otrzymywane na wyjściu mostków są zbierane pomiędzy punktami S i S’ lub odpowiednio pomiędzy punktami C i C'. Sygnał odbierany na wyjściu Ć, C' jest przesunięty w fazie o 90° względem sygnału odbieranego na wyjściu SS'. Przez stosowanie mostków pomiarowych możliwe jest kompensowanie błędów spowodowanych np. przez odstęp pomiędzy skalą a czujnikiem i osiąganie dzięki temu dokładności pomiaru mniejszej niż 10 pm, rzędu 5 pm, nawet z prostym mechanizmem prowadzącym, takim jak mechanizm stosowany w klasycznej suwmiarce wymienionego wyżej typu.

Czujnik 112 zawiera ponadto co najmniej jedną rezystancję kompensacyjną (nie pokazana), której wartość może być regulowana laserowo podczas wytwarzania, tak aby zrównoważyć wymieniony mostek pomiarowy, kiedy jest on pozbawiony pola magnetycznego. Rezystancja ta umożliwia kalibrowanie mostków pomiarowych.

Aby zmniejszyć jeszcze bardziej pobór energii elektrycznej przez czujnik, zestawy elektrodowe A-D' są korzystnie utworzone przez kilka magnetorezystywnych elektrod 1121 połączonych szeregowo. Liczba elektrod magnetorezystywnych w zestawie jest korzystnie większa niż 4, ale jest ograniczona jedynie przez wymiary czujnika 112. W przykładowej realizacji wynalazku liczba elektrod magnetorezystywnych w zestawie wynosi 72. Całkowita liczba elektrod magnetorezystywnych 1121 na czujniku 112 w tym nie stanowiącym ograniczenia przykładzie z dwoma mostkami pomiarowymi utworzonymi każdy z czterech zestawów po 72 elektrody wynosi zatem 576. Rezystancja każdego zestawu i każdego mostku pomiarowego ABCD i A'B'C'D' pomiędzy punktami UP i UN może być zatem większa niż 10 kom, korzystnie większa niż 50 kom, co umożliwia zasilanie suwmiarki przez kilka godzin z pojedynczej baterii litowej o ograniczonej pojemności.

Wszystkie elektrody tworzące każdy zestaw mogą mieć identyczne położenia fazowe, to znaczy położenia w odległości jednego okresu λ . W pierwszym korzystnym przykładzie realizacji elektrody każdego zestawu są rozmieszczone tak, aby zajmowały bliskie położenia fazowe, np. położenia w zakresie [k/ - w/2 a kZ + w/2], gdzie k jest liczbą całkowitą, a w jest parametrem oznaczającym rozmieszczenie elektrod w każdym zestawie. W jednym przykładzie w = λ/4. Zespół sąsiednich elektrod tego samego zestawu usytuowanych w odstępie w nazywany jest grupą i jest oznaczony przez 1120 na fig. 3. Przy takiej konfiguracji możliwe jest osiągnięcie wynikowej wartości rezystancji zestawu elektrod A-D', która uśrednia rezystancje elektrod rozmieszczonych w interwale o szerokości w. W drugim korzystnym przykładzie realizacji, który może być połączony z pierwszym, każdy zestaw zawiera elektrody przesunięte w fazie o 180°, ale o strukturach biegunowych Barber, które mają przeciwną orientację.

Aby uzyskać optymalną kompensację błędów geometrycznych systemu, elektrody magnetorezystywne 1121 czujnika 112 są rozmieszczone na k okresach λ, korzystnie na co najmniej dwóch okresach λ, np. na sześciu okresach, przy czym granica górna jest określona tylko przez wymiary czujnika 112.

Pole magnetyczne Ho przy powierzchni skali jest korzystnie zawarte w przedziale ΙΟΙ 00 kA/m i maleje wykładniczo w funkcji odległości a od powierzchni według wzoru:

H_x (a) = H_o x e'^2ria/x

W przypadku przenośnych suwmiarek odległość a pomiędzy magnesowaną skalą 21 a magnetorezystywnymi elektrodami 1121 mniejsza niż 200 pm może być osiągnięta bez znacznego zwiększenia kosztu urządzenia. Wybrana odległość powinna zatem korzystnie być w zakresie 200-700 pm, poza którym zwiększenie odległości a nie będzie już powodowało

183 591 istotnej zmiany kosztów. W przykładzie realizacji wynalazku wybrana odległość a wynosi zatem 500 pm, to znaczy jest znacznie większa niż przy konwencjonalnej realizacji czujników magnetorezystywnych.

Powyższy wzór pokazuje, że pole magnetyczne H_x(x) w odległości a od skali zwiększa się szybko z okresem skali λ. Dla a = λ/2 pole magnetyczne H (a) reprezentuje już tylko 4% wartości pola Ho przy powierzchni skali. Trudno jest zatem wyjść poza λ - 2a, ponieważ wynikowe pole jest zbyt słabe, by wywierało istotny wpływ na rezystancję elektrod magnetorezystywnych. Harmoniczne inne niż n=l pola H_x(x,a) są jednakże zmniejszone, jeżeli maleje λ , co zapewnia zwiększenie dokładności. Próby wykazały doświadczalnie, że optymalny kompromis uzyskuje się przy wartości λ bliskiej 2a, korzystnie przy wartości λ zawartej w przedziale 1, 6a-2, 2a. Badania wykazały, że wymaganą dokładność można uzyskać np. przy wartości λ wynoszącej 0,5-1,5 mm, korzystnie 1 mm.

183 591

183 591

183 591

FIG. 4 ^3 591

departament ^w«la»„_lcIwUpRp

Cena 4,00 zł. ^α egz.

Claims (15)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Suwmiarka elektroniczna przenośna składająca się z trzonu ze szczęką oraz z przemieszczanego wzdłuż tego trzonu suwaka ze szczęką który to suwak jest zaopatrzony w elektroniczny układ wskazywania i odczytywania odległości zawartej każdorazowo pomiędzy ruchomymi względem siebie szczękami suwmiarki przy czym układ elektroniczny zawiera źródło energii elektrycznej, co najmniej jeden czujnik z magnetorezystywnymi elektrodami oraz wyświetlacz ciekłokrystaliczny, znamienna tym, że trzon (2) suwmiarki jest zaopatrzony w magnesowaną skalę (21), a pojedynczy czujnik (112) z magnetorezystywnymi elektrodami (1121) jest umieszczony naprzeciwko magnesowanej skali (21) na spodniej stronie płytki (115) z obwodem drukowanym w odległości (a) od magnesowanej skali (2), zaś źródło energii elektrycznej stanowiące część układu elektronicznego (11) jest utworzone z baterii (110) oraz z umieszczonego na spodniej stronie płytki (115) z obwodem drukowanym generatora liniowego (111), a ponadto układ elektroniczny (11) zawiera obwód scalony (113) oraz magnes trwały (114), przy czym zarówno obwód scalony (113) jak i magnes trwały (114) są umieszczone na wierzchniej stronie płytki (115) z obwodem drukowanym.
2. 2. Suwmiarka według zastrz. 1, znamienna tym, że pole elektrod magnetorezystywnych (1121) zawiera co najmniej jeden zestaw (A-D') elektrod magnetorezystywnych (1121) połączonych szeregowo.
3. 3. Suwmiarka według zastrz. 2, znamienna tym, że liczba elektrod magnetorezystywnych (1121) połączonych w szereg w każdym zestawie (A-D') jest większa niż 8.
4. 4. Suwmiarka według zastrz. 3, znamienna tym, że grubość elektrod magnetorezystywnych (1121) jest mniejsza niż 100 nm, ich długość wynosi od 0,1 do 10 mm, a ich szerokość jest mniejsza niż 40 pm.
5. 5. Suwmiarka według zastrz. 2, znamienna tym, że zestawy (A-D') elektrod magnetorezystywnych (1121) połączonych szeregowo tworzą co najmniej jeden mostek pomiarowy.
6. 6. Suwmiarka według zastrz. 5, znamienna tym, że zestawy (A-D') elektrod magnetorezystywnych (1121) są połączone szeregowo i tworzą dwa mostki pomiarowe.
7. 7. Suwmiarka według zastrz. 6, znamienna tym, że elektrody magnetorezystywne (1121) są rozmieszczone wzdłużnie i tworzą x grup (1120) elektrod magnetorezystywnych, przy czym grupy (1120) są usytuowane w odstępach λ/4 i zawierają co najmniej dwie elektrody magnetorezystywne (1121) tego samego zestawu (A-D') połączone szeregowo.
8. 8. Suwmiarka według zastrz. 1, znamienna tym, że odległość (a) pomiędzy magnesowaną skalą (21) a elektrodami magnetorezystywnymi (1121) jest w przedziale 0,2-0,7 mm, a ponadto okres skali jest zawarty w przedziale 0,5-1,5 mm.
9. 9. Suwmiarka według zastrz. 7, znamienna tym, że elektrody magnetorezystywne (1121) są rozmieszczone wzdłużnie na co najmniej 3 mm.
10. 10. Suwmiarka według zastrz. 1, znamienna tym, że układ elektroniczny (11) jest utworzony na płytce (115) z obwodem drukowanym, przy czym magnetorezystywny czujnik (112) jest umieszczony na spodniej stronie płytki (115) z obwodem drukowanym, naprzeciw skali (21).
11. 11. Suwmiarka według zastrz. 10, znamienna tym, że układ elektroniczny (11) zawiera magnes trwały (114) zamontowany na wierzchniej stronie płytki (115) z obwodem drukowym naprzeciw magnesowanej skali (2) i elektrod magnetorezystywnych (1121).
12. 12. Suwmiarka według zastrz. 1, znamienna tym, że czujnik (112) z magnetorezystywnymi elektrodami jest powleczony syntetyczną warstwą ochronną (116) na stronie zwróconej do magnesowanej skali (21).
13. 13. Suwmiarka według zastrz. 1, znamienna tym, że płytka (115) z drukowanym obwodem jest zamocowana bezpośrednio na suwaku (1), tak aby elektrody magnetorezystywne czujnika (112) znajdowały się w określonej odległości (a) od magnesowej skali (21), a ponadto suwak (1) jest wyposażony w odporną na udary obudowę (117) nad płytką (115) z ob-

    183 591 wodem drukowanym, przy czym w wierzchniej ściance (13) tej odpornej na udary obudowy (117) wykonany jest otwór (131), w którym umieszczony jest elektroniczny wyświetlacz (12).
14. 14. Suwmiarka według zastrz. 1, znamienna tym, że magnesowana skala (2) jest powleczona niemagnetyczną powłoką ochronną (22).
15. 15. Suwmiarka według zastrz. 22, znamienna tym, że ochronna powłoka (22) jest zaopatrzona w znaki informacyjne (220) oznaczające przynajmniej w przybliżeniu położenie suwaka (1) wzdłuż trzonu (2).

    * * *