專利名稱：儀表指針歸零控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種儀表指針歸零控制方法及裝置，尤指一種通過外加一補(bǔ) 償電壓，而讓指針偏轉(zhuǎn)角度與施加電壓強(qiáng)弱兩者之間能存有良好線性關(guān)系的 儀表指針歸零裝置。
背景技術(shù)：
請參考圖7，圖7所示為一傳統(tǒng)氣軸式(air-core)儀表指針組的結(jié)構(gòu)示意 圖，主要構(gòu)造包含一設(shè)置永久磁鐵的轉(zhuǎn)子5K —設(shè)于轉(zhuǎn)子51上的指針52、 與兩組線圈(Cosinecoil)(Sinecoi1)53、 54，兩線圈53、 54以彼此相對九十度 正交的方式加以繞設(shè)，為區(qū)別起見，以下分別稱兩線圈為余弦線圈53及正弦 線圈54。 一旦有電壓施加于線圈53、 54時，兩線圈53、 54會與轉(zhuǎn)子51上 的永久磁鐵相互感應(yīng)，令轉(zhuǎn)子51轉(zhuǎn)動而驅(qū)使指針52產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。反之，當(dāng)沒 有電壓施加于線圈53、 54上時，指針52仍舊停留于偏轉(zhuǎn)時的最后位置，并 無歸零。
請參考圖8、圖9所示，為上述氣軸式儀表指針的控制電路圖及其波形 圖，兩線圈53、 54均接到一共同的中心電壓Vdd，該中心電壓Vdd為5伏 特，兩線圈53、 54亦分別透過一驅(qū)動器(driver)55a、 56a接收對應(yīng)的第一、 第二輸入電壓V1、 V2。兩輸入電壓V1、 V2的相位差為卯度，若以中心電 壓5伏特為基準(zhǔn)，最高峰值相距中心電壓有3伏特的振幅，最低峰值相距中 心電壓亦有3伏特的振幅，因此在0度到360度之間的最高至最低峰值將介 于2伏特至8伏特。第一、第二輸入電壓V1、 V2可通過下列函數(shù)分別表示:
V1=V—cosine=5V+3V X cos⑨
V2=V—sine=5 V+3 V X sin(e)
請參考圖10、圖11所示，為氣軸式儀表指針的另一種控制電路圖及其波形圖，該種架構(gòu)不須使用一固定的中心電壓，故中心電壓Vdd以O(shè)伏特為
基準(zhǔn)，每一線圈53、 54均是利用一組互為反相的差動電壓獨(dú)立控制。該組差 動電壓的產(chǎn)生方式是在每一線圈53、 54的兩端均設(shè)置一驅(qū)動器55a、 55b、 56a、 56b，而每一線圈53、 54的兩驅(qū)動器55a、 55b、 56a、 56b互為反相， 每一對驅(qū)動器55a、 55b、 56a、 56b的輸入端連接到一輸入電壓VI、 V2。因 此輸入電壓V1、 V2經(jīng)過驅(qū)動器55a、 55b、 56a、 56b后，即可在各線圈53、 54的兩端產(chǎn)生一組反相的差動電壓。舉例而言，若使用的輸入電壓V1、 V2 具有3伏特的振幅，則兩線圈53、 54所接收到的電壓即以0伏特為基準(zhǔn)而在 +3至-3伏特之間擺動，由函數(shù)表示為
V1=V—cosine=3 V X cos(9)
V2=V—sine=3VXsin(e)
如圖12所示，于轉(zhuǎn)子51外側(cè)若再設(shè)置一歸零磁鐵57，則當(dāng)沒有電壓施 加于線圈53、 54上時，該歸零磁鐵57會與轉(zhuǎn)子51上的永久磁鐵互相感應(yīng)而 迫使指針52轉(zhuǎn)回歸零位置，相對于指針52的歸零位置，該歸零磁鐵57可設(shè) 置于任何角度，但一般會擺設(shè)在特定位置以較容易控制其特性，例如設(shè)于180 度的位置，惟即使加設(shè)歸零磁鐵57，仍可沿用前述的各種控制電路不需改變。
請參考圖13所示，相對于使用單顆歸零磁鐵57，亦可利用兩顆分別設(shè) 置于135度及225度的歸零磁鐵58、 59來控制指針52歸零，使用雙歸零磁 鐵58、 59的效果等同于圖12的單顆磁鐵57。由于歸零磁鐵58、 59的A、 B 兩向量方向相反，故互相抵消，但C、 D兩向量為同一方向，故兩者具有相 加的效果，如此一來，雙歸零磁鐵58、 59所貢獻(xiàn)的磁場即等效于圖12所示 設(shè)于180度的單顆歸零磁鐵57。
外加歸零磁鐵57、 58、 59雖然能讓指針52回轉(zhuǎn)到原始的起始位置，但 卻也犧牲了當(dāng)線圈53、 54于外加電壓時，前述指針52偏轉(zhuǎn)的線性度 (linerarity)，換句話說，指針52偏轉(zhuǎn)角度與施加電壓的強(qiáng)弱將不再是良好的 線性關(guān)系。為改善前述線性度變差的問題，在美國核準(zhǔn)公告第4，492，920號專利案 中，如專利案第二、五圖所示，在原有的雙線圈架構(gòu)下，再額外加入一補(bǔ)償 線圈(標(biāo)號41)。當(dāng)電壓施加于該補(bǔ)償線圈上，可產(chǎn)生一補(bǔ)償磁場，該補(bǔ)償 磁場與歸零磁鐵所產(chǎn)生的磁場極性相反。此種作法雖然可以改善線性，但是 對儀表指針而言，必須額外繞設(shè)一組線圈，不但必須花費(fèi)較多的制造成本， 也使得儀表指針的整體體積及重量均因此而提高，并非是較佳的解決之道。

發(fā)明內(nèi)容
由于現(xiàn)有加設(shè)補(bǔ)償線圈的作法仍有其缺點(diǎn)，本發(fā)明的主要目的是提供一 種儀表指針歸零控制方法及裝置，在不更動原儀表指針結(jié)構(gòu)的前提下，可提 供一補(bǔ)償磁場而改善儀表指針相對施加電壓的偏轉(zhuǎn)線性度。
為達(dá)成前述目的，本發(fā)明的儀表指針歸零控制裝置包含
一儀表指針組，其具有一轉(zhuǎn)子、 一設(shè)于轉(zhuǎn)子上的指針、以彼此相對九十 度正交方式繞設(shè)于轉(zhuǎn)子外側(cè)的一余弦線圈及一正弦線圈、至少一可建立歸零 磁場的歸零磁鐵；
第一輸入電壓，施加于該余弦線圈；
第二輸入電壓，施加于該正弦線圈；
一補(bǔ)償電壓，根據(jù)該歸零磁鐵的設(shè)置角度而施加于該余弦線圈或正弦線 圈或兩線圈，令補(bǔ)償電壓可建立一補(bǔ)償磁場以抵消該歸零磁場。
其中，該補(bǔ)償電壓通過一加法電路而與第一輸入電壓或第二輸入電壓相 加，再輸出至余弦線圈、正弦線圈或兩線圈。
由于利用該補(bǔ)償電壓所產(chǎn)生的補(bǔ)償磁場恰與歸零磁場的極性相反故兩者 可互相抵消，當(dāng)供電予儀表指針組操作時，指針的偏轉(zhuǎn)與施加電壓強(qiáng)弱可維 持良好的線性關(guān)系，且當(dāng)沒有電壓施加在線圈上時，指針仍可順利受歸零磁 鐵影響而正確回歸到原始的零度位置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種儀表指針的歸零控制方法，該方法包含
判斷歸零磁鐵所建立的歸零磁場的極性；依據(jù)該歸零磁場決定一補(bǔ)償電壓應(yīng)直接施加于余弦線圈或正弦線圈或兩
者；
決定該補(bǔ)償電壓的大小，令該補(bǔ)償電壓可建立一補(bǔ)償磁場以抵消該歸零 磁場。


圖1是本發(fā)明于如何制定一補(bǔ)償電壓的示意圖。
圖2是本發(fā)明于儀表指針加入補(bǔ)償電壓的示意圖。
圖3是本發(fā)明如圖2所示加入補(bǔ)償電壓的波形圖。
圖4是本發(fā)明于儀表指針加入一補(bǔ)償電壓的示意圖。
圖5是本發(fā)明如圖4所示加入補(bǔ)償電壓的波形圖。
圖6是本發(fā)明一加法電路的電路圖。
圖7是一現(xiàn)有氣軸式(air-core)儀表指針的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是現(xiàn)有氣軸式儀表指針的一控制電路圖。
圖9是前述圖8氣軸式儀表指針的控制電壓波形圖。
圖IO是現(xiàn)有氣軸式儀表指針的另一控制電路圖。
圖11是前述圖IO氣軸式儀表指針的控制電壓波形圖。
圖12是現(xiàn)有具有歸零功能的氣軸式儀表指針其結(jié)構(gòu)示意圖。
圖13是現(xiàn)有具有歸零功能的另一種氣軸式儀表指針其結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)號
IO補(bǔ)償電壓 20、 20a、 20b加法電路
51轉(zhuǎn)子 52指針
53余弦線圈 54正弦線圈 55a、 55b、 56a、 56b驅(qū)動器 57、 58、 59歸零磁鐵
VI第一輸入電壓 V2第二輸入電壓
vr補(bǔ)償后第一輸入電壓
具體實(shí)施例方式
請參考圖1所示，本發(fā)明的歸零控制方法即是將歸零磁鐵57所產(chǎn)生的磁 場，通過建立另一磁性相反的補(bǔ)償磁場加以抵消，該補(bǔ)償磁場可用一補(bǔ)償電
壓IO加以建立。該補(bǔ)償電壓10的強(qiáng)弱程度可經(jīng)由下列步驟決定
1. 將一可調(diào)整的直流電壓施加于該余弦線圈53的驅(qū)動器55a上。
2. 令正弦線圈54的驅(qū)動器56a維持開路，這是因?yàn)闅w零磁場并沒有對正 弦線圈54的方向產(chǎn)生影響。
3. 將指針52撥動離開原0度角的位置，例如將指針52移動至90度角的位置。
4. 逐漸微調(diào)該直流電壓的強(qiáng)弱，令指針52即使在移除該外加撥動力量后， 仍不會回歸至0度角的位置，例如仍維持于90度角的位置；而此時所施加的 直流電壓，即定義為補(bǔ)償電壓IO。
請參考圖2所示，當(dāng)補(bǔ)償電壓10決定后，該補(bǔ)償電壓10必須維持輸入 至余弦線圈53的驅(qū)動器55a，本發(fā)明的作法于該驅(qū)動器55a的輸入端設(shè)置一 加法電路20，該加法電路20的兩輸入端分別連接該補(bǔ)償電壓10原本的第一 輸入電壓VI，本電路中心使用一 5伏特的直流電壓為一中心電壓Vdd。
請參閱圖3，該加法電路20根據(jù)補(bǔ)償電壓10的大小而對第一輸入電壓 VI的準(zhǔn)位加以上移或下移。舉例而言，若補(bǔ)償電壓10為-1伏特，補(bǔ)償前的 第一輸入電壓VI為Vl-5V+3VXcos(e)，第二輸入電壓V2為V2=5V+3VX
sin(e)，則當(dāng)補(bǔ)償電壓io加入后，補(bǔ)償后的第一輸入電壓vr的準(zhǔn)位將介于i
伏特至7伏特之間，而第二輸入電壓V2仍維持于2伏特至8伏特。
相較于未補(bǔ)償前，可明顯看出第一輸入電壓Vl，的準(zhǔn)位下移1伏特，補(bǔ) 償后的電壓值可表示為
vr=5v+3vxCOs(e)-iv。
請參考圖4、圖5所示，針對差動式的輸入電壓，亦可適用本發(fā)明，而 中心電壓Vdd使用O伏特，在余弦線圈53的兩驅(qū)動器55a、 55b的輸入端各 連接有一加法電路20a、 20b，兩加法電路20a、 20b的一輸入端連接一補(bǔ)償電壓IO，另一輸入端共同連接第一輸入電壓V1。以補(bǔ)償電壓10為-1伏特為
例，經(jīng)過補(bǔ)償后的第一輸入電壓vr同樣是準(zhǔn)位會整體下移i伏特。
請參考圖6所示，前述加法電路20、 20a、 20b可由一加法運(yùn)算放大器實(shí) 現(xiàn)，該加法運(yùn)算放大器的反相輸入端連接至輸出端，非反相輸入端連接該補(bǔ) 償電壓10。
前述各實(shí)施例中的補(bǔ)償電壓10均是一獨(dú)立的外加電壓，若儀表指針是利 用一微處理器(Microprocessor)透過一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)或一脈沖寬度調(diào) 變器(PWM)所控制，則可以將補(bǔ)償數(shù)據(jù)預(yù)先設(shè)定于微處理器內(nèi)部，令輸出至 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)或脈沖寬度調(diào)變器(PWM)中的控制數(shù)據(jù)即已包含補(bǔ)償 數(shù)據(jù)，如此亦可消除歸零磁鐵所產(chǎn)生的磁場。
根據(jù)歸零磁鐵57、 58、 59的擺設(shè)數(shù)量及位置，前述補(bǔ)償電壓10可施加 于余弦線圈53或正弦線圈54或是兩線圈53、 54。例如當(dāng)單顆歸零磁鐵57 設(shè)于45度角的位置，補(bǔ)償電壓10會施加在正弦線圈54上；單顆歸零磁鐵 57設(shè)于90度角的位置，補(bǔ)償電壓10會施加在余弦線圈53與正弦線圈54兩 者。
綜上所述，本發(fā)明的歸零控方法可歸納為下列步驟； 判斷一歸零磁鐵所建立的歸零磁場的極性；
依據(jù)該歸零磁場決定一補(bǔ)償電壓應(yīng)直接施加于一余弦線圈或一正弦線圈 或兩者；
決定該補(bǔ)償電壓的大小，令該補(bǔ)償電壓可建立一補(bǔ)償磁場以抵消該歸零 磁場。
本發(fā)明在不變動原儀表指針結(jié)構(gòu)的前提下，根據(jù)歸零磁鐵的擺設(shè)位置， 直接施加補(bǔ)償電壓于儀表指針的余弦線圈或正弦線圈或兩線圈，利用該補(bǔ)償 電壓所貢獻(xiàn)的磁場抵消歸零磁鐵的磁場，如此在儀表指針操作時，可維持良 好的線性度，且當(dāng)沒有電壓施加在線圈上時，指針仍可順利受歸零磁鐵影響 而正確回歸到原始位置。
權(quán)利要求
1. 一種儀表指針歸零控制方法，所述的儀表指針具有至少一歸零磁鐵、一余弦線圈、一正弦線圈及一指針，所述的儀表指針歸零控制方法包含判斷歸零磁鐵所建立的歸零磁場的極性；依據(jù)所述的歸零磁場決定一補(bǔ)償電壓應(yīng)直接施加于余弦線圈或正弦線圈或兩者；決定所述的補(bǔ)償電壓的大小，令所述的補(bǔ)償電壓可建立一補(bǔ)償磁場以抵消所述的歸零磁場。
2. 如權(quán)利要求1所述的儀表指針歸零控制方法，以所述的指針未偏轉(zhuǎn)的 位置為0度基準(zhǔn)，當(dāng)歸零磁鐵設(shè)置于180度的位置，則補(bǔ)償電壓施加于余弦 線圈。
3. 如權(quán)利要求1所述的儀表指針歸零控制方法，以所述的指針未偏轉(zhuǎn)的 位置為0度基準(zhǔn)，當(dāng)歸零磁鐵設(shè)置于45度的位置，則補(bǔ)償電壓施加于正弦線 圈。
4. 如權(quán)利要求1所述的儀表指針歸零控制方法，以所述的指針未偏轉(zhuǎn)的 位置為0度基準(zhǔn)，當(dāng)歸零磁鐵設(shè)置于90度的位置，則補(bǔ)償電壓施加于余弦線 圈及正弦線圈。
5. —種儀表指針歸零控制裝置，其特征在于，所述的裝置包含 一儀表指針組，其具有一轉(zhuǎn)子、 一設(shè)于轉(zhuǎn)子上的指針、以彼此相對九十度正交方式繞設(shè)于轉(zhuǎn)子外側(cè)的一余弦線圈及一正弦線圈、 一可建立歸零磁場 的歸零磁鐵；第一輸入電壓，施加于所述的余弦線圈；第二輸入電壓，施加于所述的正弦線圈；一補(bǔ)償電壓，根據(jù)所述的歸零磁鐵的設(shè)置角度而施加于所述的余弦線圈 或正弦線圈或兩線圈，令補(bǔ)償電壓可建立一補(bǔ)償磁場以抵消所述的歸零磁場。
6. 如權(quán)利要求5所述的儀表指針歸零控制裝置，其特征在于，以所述的 指針未偏轉(zhuǎn)的位置為O度基準(zhǔn)，當(dāng)歸零磁鐵設(shè)置于180度的位置，則補(bǔ)償電 壓施加于余弦線圈。
7. 如權(quán)利要求5所述的儀表指針歸零控制裝置，其特征在于，以所述的 指針未偏轉(zhuǎn)的位置為O度基準(zhǔn)，當(dāng)歸零磁鐵設(shè)置于45度的位置，則補(bǔ)償電壓 施加于正弦線圈。
8. 如權(quán)利要求5所述的儀表指針歸零控制裝置，其特征在于，以所述的 指針未偏轉(zhuǎn)的位置為O度基準(zhǔn)，當(dāng)歸零磁鐵設(shè)置于90度的位置，則補(bǔ)償電壓 施加于余弦線圈及正弦線圈。
9. 如權(quán)利要求5或6所述的儀表指針歸零控制裝置，其特征在于，所述 的補(bǔ)償電壓與第一輸入電壓利用一加法電路相加后，再輸入至所述的余弦線 圈。
10. 如權(quán)利要求5或7所述的儀表指針歸零控制裝置，其特征在于，所述 的補(bǔ)償電壓與第二輸入電壓利用一加法電路相加后，再輸入至所述的正弦線 圈。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種儀表指針歸零控制方法及裝置，針對包含有一歸零磁鐵、一余弦線圈、一正弦線圈及一指針的儀表指針組，依據(jù)該歸零磁鐵所建立的歸零磁場極性，決定一補(bǔ)償電壓應(yīng)直接施加于余弦線圈或正弦線圈或兩者，使補(bǔ)償電壓能建立一補(bǔ)償磁場以抵消該歸零磁場，藉此，在不變動儀表指針組結(jié)構(gòu)的前提下，指針在操作時可保有良好的線性度而不受歸零磁鐵所影響。
文檔編號G01R7/00GK101533039SQ20081008288
公開日2009年9月16日 申請日期2008年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日
發(fā)明者林玲朱 申請人:林玲朱