專利名稱：刻度盤指示器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種刻度盤指示器，并且特別是對所測量的物理參數(shù)提供本地和遠(yuǎn)距離指示的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
刻度盤指示器通常用于指示物理參數(shù)的大小，例如溫度，壓力或流量。刻度盤指示器同樣有多種，可以作為刻度表，指示儀表或類似儀表。例如，在建筑內(nèi)，刻度盤指示器用于自動噴水滅火系統(tǒng)中指示水壓大小，以便在起火時作為檢測可操作性的一種方式。該機械指示器的使用通常在提供本地直觀指示時工作良好。在一些情況中，由于有效性、安全性或調(diào)節(jié)的原因，同樣需要遠(yuǎn)程指示。例如，在石油化工廠，為了管理控制和數(shù)據(jù)采集計算機系統(tǒng)，需要遠(yuǎn)距離電信號，以便記錄并控制不同的工藝參數(shù)，例如儲存罐中的溫度。
可以在一些刻度盤指示器上增加開關(guān)，由此指針的移動造成電接觸的開或關(guān)。這些開關(guān)單元可以從很多公司得到，包括德國，Herford的Wiebrok Mess Und Regeltechnik GmbH。
采用這樣的開關(guān)裝置，可以對遠(yuǎn)距離電源指示提供電信號，傳遞一定參數(shù)值。舉例說明，可由鍋爐壓力刻度盤指示器提供信號，傳遞到燃燒控制系統(tǒng)，以便指示已到達鍋爐最大壓力。該系統(tǒng)通常限于3或4個轉(zhuǎn)接點，并且在環(huán)境不干凈、潮濕或振動的情況下面臨著可靠性問題。
該可靠性問題通過采用簧片或感應(yīng)開關(guān)可以部分的克服?；善_關(guān)通過磁鐵附于指針上觸發(fā)。感應(yīng)開關(guān)通過金屬指針作為感應(yīng)對象觸發(fā)。這兩種系統(tǒng)均相對較貴，并且類似的，限于較少數(shù)量的測量點。
當(dāng)然，本地和遠(yuǎn)程指示中可以通過采用刻度盤指示器提供本地指示，以及轉(zhuǎn)換器提供遠(yuǎn)程指示?？蛇x擇的，可以采用具有數(shù)字顯示的轉(zhuǎn)換器。這兩種選擇相對于機械刻度盤指示器均較貴。
US6742396公開了一種刻度盤指示器系統(tǒng)，其中電位計測量指針的位置。指針帶有磁鐵，磁鐵造成電位計的游標(biāo)，通過刻度盤指示器的玻璃，利用磁耦合與其接觸以便移動。該系統(tǒng)可以改進。本質(zhì)上，電位計是一種位移測量的接觸式方法。由此，該系統(tǒng)不適于不干凈或潮濕環(huán)境-特別是在粗糙的循環(huán)工作下工業(yè)上對長壽命的需求。此外，通常會被迫需要移動電位計的接觸點，并且這將影響刻度盤指示器的測量準(zhǔn)確性。固有的觸點壓力同樣造成該系統(tǒng)不適于具有較低旋轉(zhuǎn)力的刻度盤指示器，例如罐狀測量計，其用由于測量相對較低的液頭壓力。
US6741184公開了一種用于探測儀表指針位置的系統(tǒng)，采用光學(xué)傳感技術(shù)。該發(fā)明基本針對機動國速度和燃料測量。假設(shè)大多工業(yè)儀表長時間工作在相對不干凈的環(huán)境，由于污垢的遮蔽或光傳輸?shù)母蓴_和傳感器的接收造成的問題，該系統(tǒng)是不適合的。
SU932236公開了一種刻度盤指示器系統(tǒng)，其中磁性指針與一系列簧片開關(guān)相互配合，簧片開關(guān)沿指針移動路徑布置。在克服不干凈，電接觸和摩擦力的因素的同時，由于開關(guān)裝置的固有物理尺寸，只有一部分可以布置在小儀表上，這將妨礙精確的測量。此外，為準(zhǔn)確測量，需要給出多個開關(guān)將引起可靠性問題。在顯著振動時，將出現(xiàn)錯誤的讀取。
本發(fā)明提供一種便宜的、堅固耐用的且精確的系統(tǒng)，以便提供刻度盤指示器本地和遠(yuǎn)距離或較遠(yuǎn)距離的指示，該系統(tǒng)可以作為新的刻度盤指示器的一部分，或者已安裝的刻度盤指示器的改進。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，這里提供一種用于指示物理參數(shù)大小的裝置，該裝置包括可移動的指示元件；接收天線；傳輸天線，其設(shè)置成在指示元件附近產(chǎn)生電磁場，由此在使用中，在接收天線內(nèi)產(chǎn)生電信號，并且感應(yīng)元件與指示元件機械連接，以便隨之移動，由此感應(yīng)元件在由傳輸天線產(chǎn)生的電磁場內(nèi)的運動，在使用中，將影響在接收天線內(nèi)產(chǎn)生的電信號，以致在接收天線內(nèi)產(chǎn)生的信號可以指示指示元件的位移。
本發(fā)明提供一種用于測量刻度盤指示器內(nèi)指針位置的方法和裝置，以便提供本地和遠(yuǎn)距離的指示。
優(yōu)選的，本發(fā)明采用非接觸的感應(yīng)傳感器以及電子電路。
優(yōu)選的，傳感器包括附在刻度盤指示器指針上的電介質(zhì)裝置，和天線，天線還包括至少一個傳輸天線和一個接收天線。
優(yōu)選的，電介質(zhì)裝置為諧振電路，其包括串聯(lián)的電感和電容。
優(yōu)選的，電介質(zhì)裝置為電傳輸靶。
優(yōu)選的，對天線供給與諧振電介質(zhì)裝置諧振頻率相同的信號。
優(yōu)選的，電介質(zhì)裝置和天線的設(shè)置，使得諧振電介質(zhì)裝置的布置造成傳輸和接收繞組間互感的變化。
優(yōu)選的，電介質(zhì)裝置和天線采用印刷電路板構(gòu)造。
優(yōu)選的，電子電路包括存儲器以便存儲標(biāo)度和其它數(shù)據(jù)。
優(yōu)選的，數(shù)據(jù)通過計算機編入電子電路存儲器。


圖1示出已知刻度盤指示器。
圖2示出已安裝在刻度盤指示器上的優(yōu)選實施方式的俯視圖。
圖3示出已安裝在刻度盤指示器上的優(yōu)選實施方式沿中線的剖面圖。
具體實施例方式
在所描述的優(yōu)選實施方式中，我們首先考慮現(xiàn)有的、已知的壓力刻度盤指示器，如圖1所示。在該已知刻度盤指示器中，根據(jù)管中液體或氣體的壓力，指針(1)相對于刻度盤(2)轉(zhuǎn)動。液體或氣體的壓力造成容納在刻度盤指示器內(nèi)的封閉空間(為圖示清楚，圖1未示出)偏斜。該偏斜被放大后，通過容納在刻度盤指示器殼體內(nèi)的運動或機械齒輪傳動系統(tǒng)(為圖示清楚，圖1未示出)，轉(zhuǎn)換為指針(1)的轉(zhuǎn)動位移。
為簡單明了的目的，需要說明的是，術(shù)語“指針”和“指示元件”的使用，意味包括容納在刻度盤指示器內(nèi)的放大和轉(zhuǎn)換機構(gòu)(例如，傳動裝置，小齒輪，軸等等)。此外，術(shù)語“指示元件”的使用，用以描述一系統(tǒng)，其通常用于提供物理參數(shù)的指示，并且其包括多種刻度盤指示器結(jié)構(gòu)，例如，包括指針相對于固定的刻度盤移動的機構(gòu)，以及包括刻度盤相對于固定的指針移動的機構(gòu)。
圖2示出本發(fā)明優(yōu)選實施方式的俯視圖。在優(yōu)選實施方式中，采用感應(yīng)傳感器測量指針(1)相對于刻度盤(2)的轉(zhuǎn)動位移。在感應(yīng)傳感器內(nèi)，提供一種電介質(zhì)裝置(EID)(3)，其與指針(1)機械固定。優(yōu)選的，EID(3)附于指針(1)旋轉(zhuǎn)的中線處，且重量很輕，并且具有最小慣性力矩，以便不會加重負(fù)載或阻礙指針(1)的移動。優(yōu)選的，EID(3)為儲能電路，其包括串聯(lián)的電感和電容。優(yōu)選的，電感采用在印刷電路板上跡線的排列或纏繞制造，并且電感與電容一起形成具有2MHZ固有諧振頻率的儲能電路。平面天線(4)布置并固定在EID(3)上面的刻度盤指示器的玻璃(8)上。優(yōu)選的，天線(4)由0.8毫米厚、FR4級的印刷電路板材料制成，印刷電路板材料具有電鍍通孔，以致形成的回路不會發(fā)生電短路。優(yōu)選的，天線(4)在絕緣層上具有導(dǎo)電的、銅跡線，以便形成傳輸繞組(4a)和兩個接收繞組(4b和4c)。優(yōu)選的，EID(3)由保形涂層封裝，以致濕氣或流入刻度盤指示器的液體不會對其有影響。
優(yōu)選的，天線(4)的電路板同樣包括電子電路(5)，電子電路包括頻率發(fā)生電路、傳輸電路、兩個接收電路，微型控制器和電子輸出電路。優(yōu)選的，電子電路(5)具體為專用集成作用電路，其同樣包括可編程的快速存儲器。提供該存儲器以便存儲數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)文件包括許多參數(shù)，其在操作前通過計算機程序加載。這些參數(shù)包括，但是不限于此，指針在總標(biāo)度0％的位置；指針在100％的位置；在標(biāo)度內(nèi)的警報或觸發(fā)點；電輸出選擇；警報或觸發(fā)點處磁滯％；平均輸出時間(在刻度盤指示器振動時起作用)以及數(shù)值的表格，以便使電輸出線性化。
優(yōu)選的，電輸出為4...20mA的輸出，由此4mA顯示的測量值為0％，以及20mA的測量值為100％。優(yōu)選的，電輸出可在使用前通過計算機電子方法設(shè)定，以便提供多種電輸出選擇，例如0-5V，0-10V，脈寬調(diào)制器，總線格式或適于繼電器的單一數(shù)字輸出。
頻率發(fā)生器和傳輸電路對天線的傳輸繞組(4a)提供與EID(3)的諧振頻率具有相同頻率的AC信號。2MHz是理想的，但實際中的選擇應(yīng)該優(yōu)選在范圍100KHz到10MHz之間。
傳輸繞組(4a)通常圍繞天線(4)的周圍布置。然后，傳輸繞組(4a)圍繞EID(3)產(chǎn)生低功率的電磁場。當(dāng)EID(3)處于該AC場內(nèi)時，將引起電流在其內(nèi)流動，該電流流動又將產(chǎn)生其本身的電磁場，反過來，該電磁場又在接收繞組(4b和4c)內(nèi)產(chǎn)生信號。傳輸(4a)和接收繞組(4b和4c)之間的互感系數(shù)值依賴于EID(3)相對于繞組(4a、4b和4c)的位置。接收繞組(4b和4c)內(nèi)引起的信號通過電子電路(5)的接收電路檢測到。優(yōu)選的，接收繞組(4b和4c)這樣布置，以致在其內(nèi)引起的電壓比與在指針(1)和EID(3)組件的任意流動位置和任意點的電壓比都是相同的。優(yōu)選的，接收信號的電壓比，用于確定EID(3)相對于繞組(4b和4c)的位置，由此確定EID(3)相對于刻度盤(2)的位置，并由此確定指針相對于繞組(4b和4c)和刻度盤(2)的位置。
英國劍橋Cambourne的Zettlex Ltd生產(chǎn)這樣的天線(4)和電介質(zhì)裝置(3)。
圖3示出優(yōu)選實施方式的剖面圖，并且示出液體和氣體的封閉空間(9)，以及機械小齒輪(11)。通過線路(6)對電子電路(5)提供能量，優(yōu)選的，線路容納在多股光纖(7)內(nèi)，光纖(7)同樣包括用于電氣輸出的線路。
其它實施方式及修改本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的，本發(fā)明可用于多種尺寸和類型的刻度盤指示器-不論是線型的，曲線的或旋轉(zhuǎn)的。
此外，本發(fā)明可用于不只一個指針的刻度盤指示器。這種情況時，EID(3)可附于每個指針(1)上。優(yōu)選的，每個EID(3)的諧振頻率完全不同，例如，1MHz和2MHz，以致，該系統(tǒng)可在不同的指針(1)和相應(yīng)的輸出電信號間區(qū)分。
此外，本發(fā)明可用于多種刻度盤指示器，例如用于測量壓力、溫度、流量、壓力下降，粘度、流速、液位等等。
由電子電路的電輸出可供給一個和多個繼電器，以致高電壓可以被轉(zhuǎn)變。
為避免繼電器快速、反復(fù)的觸發(fā)，可以對觸發(fā)點提供磁滯量。該值可以作為參數(shù)輸入在電子電路的存儲器中。
可以通過在刻度盤指示器的玻璃上粘結(jié)標(biāo)簽，記錄觸發(fā)和警報點以便在本地指示。
諧振電介質(zhì)裝置的使用不是必須的。另一種選擇，僅次于EID(3)優(yōu)選的，是一種簡單的導(dǎo)電靶，例如銅盤。
感應(yīng)傳感器的另一種選擇是霍耳效應(yīng)傳感器或巨大的磁阻傳感器，其中磁鐵附于指針(1)上，并且傳感器附于玻璃(12)上?？紤]到此類裝置的磁感系數(shù)，成批的磁變性并且為確保準(zhǔn)確的讀數(shù)而需要將磁鐵與傳感器準(zhǔn)確對齊，所以該傳感器不是優(yōu)選的。
總體來說，一種用于指示物理參數(shù)大小的裝置，例如壓力、溫度或流速，其具有可移動的指針、接收天線和傳輸天線。傳輸天線在指針附近產(chǎn)生電磁場，以致在接收天線內(nèi)引起電信號。感應(yīng)元件以電子諧振電路形式連接于指針。在由傳輸天線產(chǎn)生的電磁場內(nèi)，感應(yīng)元件的移動將影響在接收線圈內(nèi)產(chǎn)生的電信號，以致在接收天線內(nèi)產(chǎn)生的信號可以指示指針的位移。該裝置具有的優(yōu)點是，通過對指針應(yīng)用簡單的無源感應(yīng)元件，可以構(gòu)造簡單的機械指示器以便實現(xiàn)電讀取。
權(quán)利要求
1.一種用于指示物理參數(shù)大小的指示裝置，該裝置包括可移動的指示元件；接收天線；傳輸天線，其設(shè)置使得在指示元件附近產(chǎn)生電磁場，由此在使用中在接收天線內(nèi)產(chǎn)生電信號，并且感應(yīng)元件與指示元件機械連接，以便隨之移動，由此感應(yīng)元件在由傳輸天線產(chǎn)生的電磁場內(nèi)的運動，在使用中，將影響在接收天線內(nèi)產(chǎn)生的電信號，以致在接收天線內(nèi)產(chǎn)生的信號可以指示指示元件的位移。
2.如權(quán)利要求1所述裝置，其中感應(yīng)元件包括諧振電子電路，電子電路包括串聯(lián)電感和電容。
3.如權(quán)利要求2所述裝置，其中傳輸天線設(shè)置成能夠產(chǎn)生具有與諧振電路相同諧振頻率的電磁場。
4.如前任一權(quán)利要求所述裝置包括，信號處理電路，該電路的設(shè)置用于處理在接收天線內(nèi)產(chǎn)生的電信號，以便產(chǎn)生與物理參數(shù)大小相應(yīng)的輸出信號。
5.如前權(quán)利要求4所述裝置，其中設(shè)置信號處理電路，以便存儲標(biāo)度數(shù)據(jù)，以便使接收天線內(nèi)產(chǎn)生的電信號與物理參數(shù)的大小建立聯(lián)系。
6.如前任一權(quán)利要求所述裝置，包括與指示元件相連接的機械感應(yīng)元件，其中感應(yīng)元件機械感應(yīng)物理參數(shù)，并且設(shè)置成在使用中，隨物理參數(shù)的大小改變相對應(yīng)來移動指示元件。
7.如前任一權(quán)利要求所述裝置，其中指示元件設(shè)置成可旋轉(zhuǎn)以指示物理參數(shù)的大小。
8.如前權(quán)利要求7所述裝置，其中接收天線和/或傳輸天線裝配在指示裝置的轉(zhuǎn)動中心上。
9.如前任一權(quán)利要求所述裝置，其中感應(yīng)元件裝配在指示元件上。
10.如前任一權(quán)利要求所述裝置，其中傳輸天線和接收天線完全共面。
11.如前任一權(quán)利要求所述裝置，其中傳輸天線和接收天線形成在印刷電路板上。
12.如前任一權(quán)利要求所述裝置，包括多個接收天線，由此感應(yīng)元件的位置可通過比較接收天線內(nèi)產(chǎn)生的各電信號確定。
13.如前任一權(quán)利要求所述裝置，其中該裝置包括多個指示元件，每個指示元件與各感應(yīng)元件機械連接，其中每個感應(yīng)元件包括具有不同諧振頻率的諧振電路。
14.如前任一權(quán)利要求所述裝置，其中物理參數(shù)為壓力、溫度或流速。
15.一種裝配于指示物理參數(shù)裝置的裝備，該指示物理參數(shù)裝置如前任一權(quán)利要求所述，該裝備包括感應(yīng)元件，與指示裝置的指示元件機械連接；接收天線；和傳輸天線，用于在指示元件的附近產(chǎn)生電磁場，由此在使用中，在接收天線內(nèi)產(chǎn)生電信號在使用中，感應(yīng)元件在由傳輸天線產(chǎn)生的電磁場內(nèi)的移動，將影響在接收天線內(nèi)產(chǎn)生的電信號，以致在接收天線內(nèi)產(chǎn)生的電信號可以指示指示元件的位移。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于指示物理參數(shù)大小的裝置，例如壓力、溫度或流速，其具有可移動的指針(1)、接收天線(4b，4c)和傳輸天線(4a)。傳輸天線(4a)在指針(1)附近產(chǎn)生電磁場，以致在接收天線(4b，4c)內(nèi)引起電信號。感應(yīng)元件(3)以電子諧振電路形式連接于指針(1)。感應(yīng)元件(3)在由傳輸天線4a產(chǎn)生的電磁場內(nèi)的移動將影響在接收天線(4b，4c)內(nèi)產(chǎn)生的電信號，以致在接收天線(4b，4c)內(nèi)產(chǎn)生的信號可以指示指針的位移。該裝置具有的優(yōu)點是，通過對指針(3)應(yīng)用簡單的無源感應(yīng)元件，可以構(gòu)造簡單的機械指示器以便實現(xiàn)電讀取。
文檔編號G01D5/20GK101044375SQ200580036115
公開日2007年9月26日 申請日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月23日
發(fā)明者約瑟夫·威廉·默里 申請人:約瑟夫·威廉·默里