CN101044375A

CN101044375A - 刻度盘指示器系统

Info

Publication number: CN101044375A
Application number: CNA2005800361155A
Authority: CN
Inventors: 约瑟夫·威廉·默里
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-10-23
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2025-10-21
Also published as: GB2427030B; EP1802943A1; GB0423617D0; GB2427030A; WO2006043078A1; GB0615603D0; CN101044375B; US20090151619A1

Abstract

本发明涉及一种用于指示物理参数大小的装置，例如压力、温度或流速，其具有可移动的指针(1)、接收天线(4b，4c)和传输天线(4a)。传输天线(4a)在指针(1)附近产生电磁场，以致在接收天线(4b，4c)内引起电信号。感应元件(3)以电子谐振电路形式连接于指针(1)。感应元件(3)在由传输天线4a产生的电磁场内的移动将影响在接收天线(4b，4c)内产生的电信号，以致在接收天线(4b，4c)内产生的信号可以指示指针的位移。该装置具有的优点是，通过对指针(3)应用简单的无源感应元件，可以构造简单的机械指示器以便实现电读取。

Description

刻度盘指示器系统

技术领域

本发明涉及一种刻度盘指示器，并且特别是对所测量的物理参数提供本地和远距离指示的系统。

背景技术

刻度盘指示器通常用于指示物理参数的大小，例如温度，压力或流量。刻度盘指示器同样有多种，可以作为刻度表，指示仪表或类似仪表。例如，在建筑内，刻度盘指示器用于自动喷水灭火系统中指示水压大小，以便在起火时作为检测可操作性的一种方式。该机械指示器的使用通常在提供本地直观指示时工作良好。在一些情况中，由于有效性、安全性或调节的原因，同样需要远程指示。例如，在石油化工厂，为了管理控制和数据采集计算机系统，需要远距离电信号，以便记录并控制不同的工艺参数，例如储存罐中的温度。

可以在一些刻度盘指示器上增加开关，由此指针的移动造成电接触的开或关。这些开关单元可以从很多公司得到，包括德国，Herford的Wiebrok Mess Und Regeltechnik GmbH。

采用这样的开关装置，可以对远距离电源指示提供电信号，传递一定参数值。举例说明，可由锅炉压力刻度盘指示器提供信号，传递到燃烧控制系统，以便指示已到达锅炉最大压力。该系统通常限于3或4个转接点，并且在环境不干净、潮湿或振动的情况下面临着可靠性问题。

该可靠性问题通过采用簧片或感应开关可以部分的克服。簧片开关通过磁铁附于指针上触发。感应开关通过金属指针作为感应对象触发。这两种系统均相对较贵，并且类似的，限于较少数量的测量点。

当然，本地和远程指示中可以通过采用刻度盘指示器提供本地指示，以及转换器提供远程指示。可选择的，可以采用具有数字显示的转换器。这两种选择相对于机械刻度盘指示器均较贵。

US6742396公开了一种刻度盘指示器系统，其中电位计测量指针的位置。指针带有磁铁，磁铁造成电位计的游标，通过刻度盘指示器的玻璃，利用磁耦合与其接触以便移动。该系统可以改进。本质上，电位计是一种位移测量的接触式方法。由此，该系统不适于不干净或潮湿环境-特别是在粗糙的循环工作下工业上对长寿命的需求。此外，通常会被迫需要移动电位计的接触点，并且这将影响刻度盘指示器的测量准确性。固有的触点压力同样造成该系统不适于具有较低旋转力的刻度盘指示器，例如罐状测量计，其用由于测量相对较低的液头压力。

US6741184公开了一种用于探测仪表指针位置的系统，采用光学传感技术。该发明基本针对机动国速度和燃料测量。假设大多工业仪表长时间工作在相对不干净的环境，由于污垢的遮蔽或光传输的干扰和传感器的接收造成的问题，该系统是不适合的。

SU932236公开了一种刻度盘指示器系统，其中磁性指针与一系列簧片开关相互配合，簧片开关沿指针移动路径布置。在克服不干净，电接触和摩擦力的因素的同时，由于开关装置的固有物理尺寸，只有一部分可以布置在小仪表上，这将妨碍精确的测量。此外，为准确测量，需要给出多个开关将引起可靠性问题。在显著振动时，将出现错误的读取。

本发明提供一种便宜的、坚固耐用的且精确的系统，以便提供刻度盘指示器本地和远距离或较远距离的指示，该系统可以作为新的刻度盘指示器的一部分，或者已安装的刻度盘指示器的改进。

发明内容

根据本发明，这里提供一种用于指示物理参数大小的装置，该装置包括：

可移动的指示元件；

接收天线；

传输天线，其设置成在指示元件附近产生电磁场，由此在使用中，在接收天线内产生电信号，并且

感应元件与指示元件机械连接，以便随之移动，由此感应元件在由传输天线产生的电磁场内的运动，在使用中，将影响在接收天线内产生的电信号，以致在接收天线内产生的信号可以指示指示元件的位移。

本发明提供一种用于测量刻度盘指示器内指针位置的方法和装置，以便提供本地和远距离的指示。

优选的，本发明采用非接触的感应传感器以及电子电路。

优选的，传感器包括附在刻度盘指示器指针上的电介质装置，和天线，天线还包括至少一个传输天线和一个接收天线。

优选的，电介质装置为谐振电路，其包括串联的电感和电容。

优选的，电介质装置为电传输靶。

优选的，对天线供给与谐振电介质装置谐振频率相同的信号。

优选的，电介质装置和天线的设置，使得谐振电介质装置的布置造成传输和接收绕组间互感的变化。

优选的，电介质装置和天线采用印刷电路板构造。

优选的，电子电路包括存储器以便存储标度和其它数据。

优选的，数据通过计算机编入电子电路存储器。

附图说明

图1示出已知刻度盘指示器。

图2示出已安装在刻度盘指示器上的优选实施方式的俯视图。

图3示出已安装在刻度盘指示器上的优选实施方式沿中线的剖面图。

具体实施方式

在所描述的优选实施方式中，我们首先考虑现有的、已知的压力刻度盘指示器，如图1所示。在该已知刻度盘指示器中，根据管中液体或气体的压力，指针(1)相对于刻度盘(2)转动。液体或气体的压力造成容纳在刻度盘指示器内的封闭空间(为图示清楚，图1未示出)偏斜。该偏斜被放大后，通过容纳在刻度盘指示器壳体内的运动或机械齿轮传动系统(为图示清楚，图1未示出)，转换为指针(1)的转动位移。

为简单明了的目的，需要说明的是，术语“指针”和“指示元件”的使用，意味包括容纳在刻度盘指示器内的放大和转换机构(例如，传动装置，小齿轮，轴等等)。此外，术语“指示元件”的使用，用以描述一系统，其通常用于提供物理参数的指示，并且其包括多种刻度盘指示器结构，例如，包括指针相对于固定的刻度盘移动的机构，以及包括刻度盘相对于固定的指针移动的机构。

图2示出本发明优选实施方式的俯视图。在优选实施方式中，采用感应传感器测量指针(1)相对于刻度盘(2)的转动位移。在感应传感器内，提供一种电介质装置(EID)(3)，其与指针(1)机械固定。优选的，EID(3)附于指针(1)旋转的中线处，且重量很轻，并且具有最小惯性力矩，以便不会加重负载或阻碍指针(1)的移动。优选的，EID(3)为储能电路，其包括串联的电感和电容。优选的，电感采用在印刷电路板上迹线的排列或缠绕制造，并且电感与电容一起形成具有2MHZ固有谐振频率的储能电路。平面天线(4)布置并固定在EID(3)上面的刻度盘指示器的玻璃(8)上。优选的，天线(4)由0.8毫米厚、FR4级的印刷电路板材料制成，印刷电路板材料具有电镀通孔，以致形成的回路不会发生电短路。优选的，天线(4)在绝缘层上具有导电的、铜迹线，以便形成传输绕组(4a)和两个接收绕组(4b和4c)。优选的，EID(3)由保形涂层封装，以致湿气或流入刻度盘指示器的液体不会对其有影响。

优选的，天线(4)的电路板同样包括电子电路(5)，电子电路包括频率发生电路、传输电路、两个接收电路，微型控制器和电子输出电路。优选的，电子电路(5)具体为专用集成作用电路，其同样包括可编程的快速存储器。提供该存储器以便存储数据文件，数据文件包括许多参数，其在操作前通过计算机程序加载。这些参数包括，但是不限于此，指针在总标度0％的位置；指针在100％的位置；在标度内的警报或触发点；电输出选择；警报或触发点处磁滞％；平均输出时间(在刻度盘指示器振动时起作用)以及数值的表格，以便使电输出线性化。

优选的，电输出为4...20mA的输出，由此4mA显示的测量值为0％，以及20mA的测量值为100％。优选的，电输出可在使用前通过计算机电子方法设定，以便提供多种电输出选择，例如0-5V，0-10V，脉宽调制器，总线格式或适于继电器的单一数字输出。

频率发生器和传输电路对天线的传输绕组(4a)提供与EID(3)的谐振频率具有相同频率的AC信号。2MHz是理想的，但实际中的选择应该优选在范围100KHz到10MHz之间。

传输绕组(4a)通常围绕天线(4)的周围布置。然后，传输绕组(4a)围绕EID(3)产生低功率的电磁场。当EID(3)处于该AC场内时，将引起电流在其内流动，该电流流动又将产生其本身的电磁场，反过来，该电磁场又在接收绕组(4b和4c)内产生信号。传输(4a)和接收绕组(4b和4c)之间的互感系数值依赖于EID(3)相对于绕组(4a、4b和4c)的位置。接收绕组(4b和4c)内引起的信号通过电子电路(5)的接收电路检测到。优选的，接收绕组(4b和4c)这样布置，以致在其内引起的电压比与在指针(1)和EID(3)组件的任意流动位置和任意点的电压比都是相同的。优选的，接收信号的电压比，用于确定EID(3)相对于绕组(4b和4c)的位置，由此确定EID(3)相对于刻度盘(2)的位置，并由此确定指针相对于绕组(4b和4c)和刻度盘(2)的位置。

英国剑桥Cambourne的Zettlex Ltd生产这样的天线(4)和电介质装置(3)。

图3示出优选实施方式的剖面图，并且示出液体和气体的封闭空间(9)，以及机械小齿轮(11)。通过线路(6)对电子电路(5)提供能量，优选的，线路容纳在多股光纤(7)内，光纤(7)同样包括用于电气输出的线路。

其它实施方式及修改

本领域的技术人员可以理解的，本发明可用于多种尺寸和类型的刻度盘指示器-不论是线型的，曲线的或旋转的。

此外，本发明可用于不只一个指针的刻度盘指示器。这种情况时，EID(3)可附于每个指针(1)上。优选的，每个EID(3)的谐振频率完全不同，例如，1MHz和2MHz，以致，该系统可在不同的指针(1)和相应的输出电信号间区分。

此外，本发明可用于多种刻度盘指示器，例如用于测量压力、温度、流量、压力下降，粘度、流速、液位等等。

由电子电路的电输出可供给一个和多个继电器，以致高电压可以被转变。

为避免继电器快速、反复的触发，可以对触发点提供磁滞量。该值可以作为参数输入在电子电路的存储器中。

可以通过在刻度盘指示器的玻璃上粘结标签，记录触发和警报点以便在本地指示。

谐振电介质装置的使用不是必须的。另一种选择，仅次于EID(3)优选的，是一种简单的导电靶，例如铜盘。

感应传感器的另一种选择是霍耳效应传感器或巨大的磁阻传感器，其中磁铁附于指针(1)上，并且传感器附于玻璃(12)上。考虑到此类装置的磁感系数，成批的磁变性并且为确保准确的读数而需要将磁铁与传感器准确对齐，所以该传感器不是优选的。

总体来说，一种用于指示物理参数大小的装置，例如压力、温度或流速，其具有可移动的指针、接收天线和传输天线。传输天线在指针附近产生电磁场，以致在接收天线内引起电信号。感应元件以电子谐振电路形式连接于指针。在由传输天线产生的电磁场内，感应元件的移动将影响在接收线圈内产生的电信号，以致在接收天线内产生的信号可以指示指针的位移。该装置具有的优点是，通过对指针应用简单的无源感应元件，可以构造简单的机械指示器以便实现电读取。

Claims

1、一种用于指示物理参数大小的指示装置，该装置包括：

可移动的指示元件；

接收天线；

传输天线，其设置使得在指示元件附近产生电磁场，由此在使用中在接收天线内产生电信号，并且

2、如权利要求1所述装置，其中感应元件包括谐振电子电路，电子电路包括串联电感和电容。

3、如权利要求2所述装置，其中传输天线设置成能够产生具有与谐振电路相同谐振频率的电磁场。

4、如前任一权利要求所述装置包括，信号处理电路，该电路的设置用于处理在接收天线内产生的电信号，以便产生与物理参数大小相应的输出信号。

5、如前权利要求4所述装置，其中设置信号处理电路，以便存储标度数据，以便使接收天线内产生的电信号与物理参数的大小建立联系。

6、如前任一权利要求所述装置，包括与指示元件相连接的机械感应元件，其中感应元件机械感应物理参数，并且设置成在使用中，随物理参数的大小改变相对应来移动指示元件。

7、如前任一权利要求所述装置，其中指示元件设置成可旋转以指示物理参数的大小。

8、如前权利要求7所述装置，其中接收天线和/或传输天线装配在指示装置的转动中心上。

9、如前任一权利要求所述装置，其中感应元件装配在指示元件上。

10、如前任一权利要求所述装置，其中传输天线和接收天线完全共面。

11、如前任一权利要求所述装置，其中传输天线和接收天线形成在印刷电路板上。

12、如前任一权利要求所述装置，包括多个接收天线，由此感应元件的位置可通过比较接收天线内产生的各电信号确定。

13、如前任一权利要求所述装置，其中该装置包括多个指示元件，每个指示元件与各感应元件机械连接，其中每个感应元件包括具有不同谐振频率的谐振电路。

14、如前任一权利要求所述装置，其中物理参数为压力、温度或流速。

15、一种装配于指示物理参数装置的装备，该指示物理参数装置如前任一权利要求所述，该装备包括：

感应元件，与指示装置的指示元件机械连接；

接收天线；和

传输天线，用于在指示元件的附近产生电磁场，由此在使用中，在接收天线内产生电信号

在使用中，感应元件在由传输天线产生的电磁场内的移动，将影响在接收天线内产生的电信号，以致在接收天线内产生的电信号可以指示指示元件的位移。