高精度电子塞规仪的设计与测试

　　电子塞规是一种用于高精度内径测量的电子比较仪。它通过电感传感器把机械的位移量变成电量，并将被测孔径与标准环规的对比结果以数字显示出来。本文主要介绍作者新近研制的一种新型looA型高精度电子塞规仪器的工作原理，仪器电路设计，仪器误差分析和精度测试。

　　1 仪器的测l原理和结构设计

　　本仪器采用二点式内径测量原理，实现对内径的比较测量。图l为该仪器的结构原理图。该仪器采用了平行片簧机构来实现位移量传递。由于平行片簧等效于平行四边形，因此，分别固结在两个平行片簧的连接件上的传感器与测头的运动相当于平动，从而实现了传感器与测头位移的1:1传递。这种结构简单，可靠，传动链少，故可实现高精度内径比较测量。

　　从机械结构上看，该仪器最关键的零件为片簧。片簧质量好坏将直接影响整个仪器的测量精度。我们知道任何弹性元件都存在弹性缺陷，即弹性滞后，弹性后效现象以及弹性元件的内摩擦。这无疑将对仪器的精度带来较大的影响，故在高精度测量中.必须对弹性缺陷引起重视，将此项误差限制在很小范围，因此要特别注意片簧的选材和热处理。选择弹性缺陷小和综合机械性能良好的优质弹簧钢Co4CrNIMo。在热处理上，要求淬火回火处理，以提高片簧的综合机械性能。

　　2 仪器的电路设计

　　电子塞规采用的位移传感器是差动调动频式电感传感器。其工作原理如图2，电感传感头的两个电感线圈分别接入LC振荡电路，当磁芯相对于电感线圈的位置发生改变时，电感线圈的电感量也发生改变，从而引起LC振荡电路振荡频率改变，经整形、计数、单片机的差频、标定(线性修正)、送显.从而实现对微位移的测试。

　　电子塞规仪采用了8031单片机。由于8031内部没有只读存贮器(ROM)，所以选用2764作外部程序存贮器，用于存放工作程序，标定曲线，数据及自诊断程序等。另外还使用了一片64k的6264RAM作外部数据存贮器，来存贮所检测的孔径数据。在硬件上利用了8031的串行通信口，来扩展并行I/O口。键盘和显示的数据传输采用串行口输入，并行输出的移位寄存器HC164.每一片HC164可扩展8个并行输出口，数码管LED的显示方式采用的是静态显示方式，另外8031的外部中断INTO用于清零控制。

　　图3为本仪器的程序框图。开机复位，软件的自诊断程序对整个仪器的存贮，显示，键盘功能等进行自诊断检测，如无故障才进入测量阶段。首先设置中断方式，使整个仪器初始化，8253处于控制状态，待选择好量程后，就对孔径进行测量，然后将其数据输入8031单片机进行处理，最后存贮所测量的数据并显示出测量结果。在程序设计过程中，考虑到程序的检测、调试的方便，其软件按照一个模块一个模块独立进行编程和调试。然后再连接起来，整个程序大体分三大模块:①自诊断子程序;②)按键和显示子程序;③数据处理运算子程序。