电子仪器机芯/气压计制造技术

本发明专利技术提供了一种电子仪器机芯／气压计。该仪器（具体为气压计）机芯包括多个元件和外壳，所述多个元件包括：压力变换器，其能够感测气压并将所感测到的压力转换为电信号；步进电机，其具有在常规石英钟机芯内使用的时针轴；微处理器；以及电池；所述多个元件可操作地连接在一起，从而所述微处理器利用所述电池提供的电力响应于所述压力变换器感测到的气压变化对所述步进电机的运动进行控制；所述外壳安装所述多个元件，并且所述电机轴从所述外壳向外延伸。另选地，可以利用诸如温度、湿度的其它变换器。另选地，有时可以采用具有位置反馈的其他ｄ．ｃ．电机来替代步进电机。所述机芯可操作地连接到指针（其可以远大于和重于常规模拟仪器中的指针），所述ｄ．ｃ．电机使该指针相对于具有气压或其它标记的刻度盘精确地运动。报警器以及电池电压感测电路可安装在所述外壳内，并可操作地连接到微处理器，并且在电池电压下降到低于预定阈值时由所述微处理器启动。所述微处理器优选地对所述电池进行控制，以使得电池在超过９５％的时间内基本处于停用模式。如果在两个或更多个间隔开的变换器读数之间感测到的环境状态变化大于预定阈值，则所述微处理器还可启动报警器的第二模式。可采用具有第二指针的第二刻度盘和电机来指示其它环境状态（例如压力变化率、温度或湿度）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
早在1843年就研制了利用真空室来检测大气压的变化的无液气压计。今天这些装置还非常普遍，在许多家庭都可以找到。它们还由于其令人感兴趣的设计而增加了美感。许多消费者偏好模拟气压计(其采用刻度盘和指针来显示当前的大气状况)的更传统的外观，而不是采用LCD式显示器的更加现代的数字装置(例如在John Morley的论文“ASolid-State Barometer for the HCS II”，Home Automation & BuildingControl，October，1995，pages 63-69所示出的；以及Gary Sargent在2001年12月20日所描述的并且可以通过互联网在nutsvolts.com上获取的采用编程PIC 16F876微控制器的基于PIC的气压计仪器)。大部分无液气压计在正确校准后都能良好工作而足以实现它们预期的目的，但它们存在若干难以克服的缺点。首先，无液腔室的结构对气压计的精确度非常重要，而且即使正确地构造了腔室，但随着时间的推移，该腔室也可能失去如最初期望的那样精确响应气压变化的能力。这造成气压计给出不正确的读数，而且随着时间的推移，它可能需要重新校准。此外，为了将无液腔室的膨胀和收缩的运动传递到指针，需要利用各种机械联接、杠杆和枢轴。这些机械联接如果质量不是最好则可能引入其它的误差。这就是许多消费者的兴趣转向较新的、更加精确的数字气压计的原因。在最近几十年内，电子技术有了很大发展，这使得能够生产非常精确的具有LCD式显示器的数字气压计。由于产品大批量生产，现在这些气压计的价格更加可以接受。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种气压计，其组合了现有的模拟和数字气压计的优点。本专利技术提供了一种模拟刻度盘式的气压计，其保留了传统气压计的外观和感觉，但具有现代数字气压计的精确度和分辨率。该数模气压计结合了许多使其相对于当前现有的任何气压计显得独特的特征。尽管数模压力计本身是公知的(例如，参见美国专利6,394,977，这里通过引用将其并入)，但它们没有应用于气压计，更不具有根据本专利技术的许多有利特征。在本专利技术中采用的电子气压计机芯(movement)易于使用、安装和校准。机芯将比当前现有的任何无液机芯都更精确，而且还将提供正负一毫巴的压力或更小(例如，约0.5毫巴)的分辨率级别。通过采用根据本专利技术的机芯而不是现有的传统无液压力计机芯，现有的时钟制造商能在作出这种决定的几天内投入到全新的产品线的生产中。本专利技术的气压计机芯能与任何石英钟机芯一样快速地安装到任何现有的时钟外壳中。数字气压计机芯还远比通常的无液机芯更为鲁棒、更易于处理。除了使用该气压计机芯之外，制造商需要作出的唯一变化是将工艺图从时钟刻度盘的图片(artwork)改变为气压计刻度盘的图片。根据本专利技术的示例性气压计将装配到与石英钟机芯相同的空间内，即约21/8×21/8×5/8英寸(5.4cm×5.4cm×1.6cm)的空间内。一个主要优点在于该机芯能利用螺纹衬套安装到刻度盘或外壳中、并且还可利用比任何常规气压计更大的指示针或指针的能力。大多数无液机芯只能转动平衡的指示针，而且即使这样也由于无液机芯设计的精细机械特性而对指示针的重量有限制。典型的无液气压计机芯通常不会用于生产刻度盘直径大于8英寸(20cm)的气压计。目前使用的大多数气压计的平均尺寸在四至六英寸(10至15cm)之间，因此无液气压计可采用的典型指针从中心到末端通常不超过三英寸(7.5cm)。此外，如果指针不平衡，则气压计不能正常工作。如果期望生产具有大直径(例如约十至二十英寸(25至51cm))的刻度盘，则会产生问题。对该问题还没有公知的现有技术的解决方案。与大指针相关联的一个问题在于指针的增加了的重量。通常的无液气压计只能承受重量为几分之一克的指针。一些传统无液气压计的指针只有0.1克至约0.25克的重量。然而，根据本专利技术的电子气压计，采用d.c.电机来驱动模拟指针，并且该电机被调整为使得气压计能够使比任何传统无液气压计的指针大得多的指针摆动。可以使用重量高达大约5克(例如大约3至5克)、甚至更重的指针；而且指针不必是平衡的，尽管提供平衡的指针将使得能够使用甚至更大的指针。所述机芯可使用从中心到末端长达十英寸(25cm)的指针，如果该指针是平衡的，则允许气压计结构在直径上超过24英寸(61cm)。更典型的指针尺寸为从中心到末端的长度为约6英寸(15cm)，这种尺寸的指针不必平衡。通过使用这种尺寸的指针，制造商将能够生产直径为16英寸(41cm)的气压计，这远大于目前市场上现有的任何气压计。根据本专利技术的气压计机芯的一个主要特征在于其使用世界上成百上千的供应商提供的成千上万种现有时钟分针中的任何一种作为指针的能力。现有的模拟气压计局限于它们能使用的指针类型，这些指针通常由气压计制造商供应。使用标准非平衡时钟指针作为指针的最大优点在于其使得制造商具有选择适于其特定设计的指针样式的灵活性。使新的气压计与现有的时钟(其可能已经是现有生产线的一部分)相匹配是很简单的。本专利技术的电子气压计优选地具有使得能够便利地使用任何现有指针(包括传统的时钟指针)的输出轴。本专利技术还具有比通常在压力变化指示器(或者，具体地为气压计)中的应用更广的方面。本专利技术还可与温度(单独)和/或湿度变换器(transducer)相关联地使用。存在许多公知的温度变换器(其将传感器的读数转换为某种电信号)和湿度变换器。在美国专利5,201,840、5,820,262和6,654,894中给出了温度变换器的一些示例，而在美国专利5,608,374、5,652,382和6,073,480中给出了湿度变换器的一些示例。大气压力(或温度或湿度)通常不会非常快速地变化，从而为了保持电池寿命并且仍然保持精确的读数，本专利技术的气压计/指示器将利用“休眠”或“空闲”模式/特征。控制所述微处理器的软件将使该装置“休眠”。通过使微处理器在休眠或空闲模式下运行，所述装置将只是每分钟、每五分钟或者被认为合适的、并且在软件中设置的参数所期望的任何其他时间间隔检测一次压力变换器的状态。休眠时间间隔越长，则电池将持续得越久。估计一分钟的休眠时间间隔将使得示例性的3.6伏锂电池能够持续两年或更久，而五分钟的休眠时间间隔将使得该电池能够持续超过五年(对其它类型的电池也存在类似的成比例的时间)。如果关掉或不使用该特征，则电池将仅持续约五至十天。根据本专利技术的仪器(例如气压计)机芯优选地使用一个电池或多个电池来提供约2.5至5伏的电压。单个3.6伏的锂电池是优选的，但可以使用两个标准的1.5伏碱性电池或其它常规或以后开发的电池。所述机芯优选地还在软件中内置有低电池电压警报装置。该软件将能够被设置为对电池电压的状态进行检查。在电压降低到低于该软件中设定的值时，所述微处理器将向压电喇叭(或诸如闪光灯或LED的其它听觉、视觉和/或触觉警报器)发送音频信号，从而提醒用户需要更换电池。在一个实施例中，对于3.6伏的锂电池，2.5伏的电压将导致警报器启动。本专利技术的仪器(或气压计)还具有检测环境状态显著变化(例如，气压下降)，从而例如使用压电喇叭、闪光灯或LED或其它报警器来发出警告的能力。这将警告用户即将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仪器机芯，该仪器机芯包括：多个元件，所述多个元件包括：变换器，其能够感测气压、温度、或湿度，并能够将所感测到的状态转换为电信号；步进电机，其具有在常规石英钟机芯内使用的时针轴或分针轴；微处理器；以及电池，所述多个元件可操作地连接 在一起，从而所述微处理器利用所述电池提供的电力，响应于所述变换器感测到的气压、温度或湿度的变化对所述步进电机的运动进行控制；以及外壳，该外壳安装所述多个元件，并且所述电机轴从所述外壳向外延伸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：布朗登努内斯，彼得拉梅尔，
申请(专利权)人：轻泰克产业公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]