CN102982851B - 一种利用气体驱动仪表指针转动的装置及其驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用气体驱动仪表指针转动的装置及其驱动方法，利用气体驱动仪表指针转动的装置包括有气体仪表本体和与之连接的气体仪表控制电路；气体仪表本体包括有环形密封气体腔、设置于环形密封气体腔内的磁性密封滑块、半导体温度片和两个温度传感电阻，设置于环形密封气体腔上方且与磁性密封滑块相互作用的磁性仪表指针；磁性密封滑块和半导体温度片将环形密封气体腔内部分为左腔室和右腔室，两个温度传感电阻分别置于左腔室和右腔室内，且半导体温度片和两个温度传感电阻均与气体仪表控制电路连接。本发明利用温度改变气压，气压推动磁性密封滑块，磁性密封滑块从而带动磁性仪表指针的顺时针或逆时针转动；本发明结构简单、使用方便，不受电磁干扰，能很好的保证仪表指针的正常转动。
Description
技术领域
本发明涉及仪表指示领域，具体是一种利用气体驱动仪表指针转动的装置及其驱动方法。
背景技术
目前流行的十字线圈仪表电机存在的缺点：十字线圈仪表电机主要组成包括游丝、十字线圈和磁钢。十字线圈指针电机从一个位置转到另一个位置时，首先要克服游丝的作用力做功，仪表指针转到新的位置时一直受到游丝的回复作用力，这就要求十字线圈一直要通入相当的电流产生与游丝一样的反作用力来维持指针保持平衡。所以仪表指针在偏转指示时始终都要克服游丝的反作用力而消耗电力；另外由于机械振动等因素，十字线圈电机在使用时，往往出现指示初始零位有偏移或指示不到位的情况，从而带来仪表指针零位的偏移或位置行程指示不准确。步进电机虽然克服了十字线圈的缺点，但是机械结构复杂、制作困难，带来制造成本高、可靠性差。以上两种电机均是靠电磁场的驱动力使仪表指针转动，容易受到电磁干扰，满足不了强电磁干扰环境下的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用气体驱动仪表指针转动的装置及其驱动方法，解决了指示仪表在强电磁干扰环境下仪表功能难以实现的问题。
本发明的技术方案为：
一种利用气体驱动仪表指针转动的装置，包括有气体仪表本体和与之连接的气体仪表控制电路；所述的气体仪表本体包括有环形密封气体腔、设置于环形密封气体腔内的磁性密封滑块、半导体温度片和两个温度传感电阻，设置于环形密封气体腔上方且与磁性密封滑块相互作用的磁性仪表指针；所述的磁性密封滑块和半导体温度片将环形密封气体腔内部分为左腔室和右腔室，所述的两个温度传感电阻分别置于左腔室和右腔室内，且所述的半导体温度片和两个温度传感电阻均与所述的气体仪表控制电路连接。
所述的半导体温度片包括有相互电连接的P端半导体温度片和N 端半导体温度片，所述的P端半导体温度片和磁性密封滑块之间形成左腔室，所述的N 端半导体温度片和磁性密封滑块之间形成右腔室；
所述的气体仪表控制电路包括CPU，以及分别与CPU连接的左腔室温度传感器输出端、右腔室温度传感器输出端和P端半导体温度片电源输入端，接地的N端半导体温度片电源输入端；所述的左腔室温度传感器输出端与设置于左腔室内的温度传感电阻电连接，所述的右腔室温度传感器输出端与设置于右腔室内的温度传感电阻电连接，所述的P端半导体温度片电源输入端与P端半导体温度片电连接，所述的N端半导体温度片电源输入端与N端半导体温度片电连接。
所述的磁性仪表指针包括有设置于环形密封气体腔上方的仪表指针本体和固定于仪表指针本体上且位于磁性密封滑块正上方的仪表指针磁性体。
所述的气体仪表控制电路还包括有信号放大器，信号放大器包括有电流输出端、控制参考电压输入端和直流信号输入端，所述的信号放大器的电流输出端与P端半导体温度片电源输入端连接，所述的信号放大器的控制参考电压输入端与CPU 的控制参考电压输出端连接，所述的信号放大器的直流信号输入端通过积分电路与CPU的PWM控制信号输出端连接。
所述的积分电路包括有两组相互并联的积分单元组成，所述的每组积分单元包括有电阻和电容，且电阻和电容串联连接。
一种利用气体驱动仪表指针转动的方法，包括以下步骤：
（1）、首先通过气体仪表控制电路的CPU输出PWM控制信号，PWM控制信号通过积分电路把交流信号变为直流信号，此直流信号进入信号放大器与控制参考电压信号进行比较；
（2）、当直流信号大于控制参考电压信号时，信号放大器的电流输出端输出正信号，电流方向即会由N端半导体温度片流向P端半导体温度片，根据半导体温度片的固有特性，就会使左腔室内的温度降低、右腔室内的温度升高，从而使左腔室内气体压力变低、右腔室内气体压力变高，从而磁性密封滑块向左腔室移动，磁性密封滑块从而带动磁性仪表指针逆时针旋转；
（3）、当直流信号小于控制参考电压信号时，信号放大器的电流输出端输出负信号，电流方向即会由P端半导体温度片流向N端半导体温度片，根据半导体温度片的固有特性，就会使左腔室内的温度升高、右腔室内的温度降低，从而使左腔室内气体压力变高、右腔室内气体压力变低，从而磁性密封滑块向右腔室移动，磁性密封滑块从而带动磁性仪表指针顺时针旋转；
（4）、当直流信号等于控制参考电压信号时，信号放大器无信号输出，结果磁性仪表指针静止不动；
（5）、在左腔室和右腔室内温度变化时，两个温度传感电阻会分别采集左腔室和右腔室内的温度，然后传输给CPU，CPU根据温度采集值判断磁性仪表指针当前位置。
所述的步骤（5）中CPU判断磁性仪表指针当前位置时，如果当前位置不在误差允许范围内，CPU进一步调节PWM控制信号输出，直至磁性仪表指针所指位置在误差规定的范围内，CPU调节结束。
所述的直流信号加大时，磁性仪器指针逆时针转动速度变快；所述的控制参考电压信号加大时，磁性仪器指针顺时针转动速度变快。
本发明的优点：
（1）、本发明的磁性密封滑块起到将环形密封气体腔内部隔离的作用，且其能在两个腔室间自由滑动，磁性密封滑块附带永磁体，从而最终能带动磁性仪表指针的顺时针或逆时针转动；
（2）、本发明的磁性密封滑块转动的原理是：左腔室和右腔室内温度变化，根据气体变化规律p1*v1/t1=p2*v2/t2，即左腔室温度升高，气压变大，右腔室温度降低，气压降低，而气压高的腔室会将磁性密封滑块向气压低的腔室推动，从而使磁性密封滑块移动。
本发明利用温度改变气压，气压推动磁性密封滑块，磁性密封滑块从而带动磁性仪表指针的顺时针或逆时针转动；本发明结构简单、使用方便，不受电磁干扰，能很好的保证仪表指针的正常转动。
附图说明
图1是本发明利用气体驱动仪表指针转动的装置的结构示意图。
图2是本发明气体仪表控制电路的结构示意图。
具体实施方式
1、见图1，一种利用气体驱动仪表指针转动的装置，包括有气体仪表本体1和与之连接的气体仪表控制电路2；气体仪表本体1包括有环形密封气体腔11，设置于环形密封气体腔11内的磁性密封滑块12、P端半导体温度片13、N 端半导体温度片14和两个温度传感电阻15a、15b，设置于环形密封气体腔11上方的仪表指针本体16和固定于仪表指针本体16上且位于磁性密封滑块12正上方的仪表指针磁性体17；P端半导体温度片13和磁性密封滑块12之间形成左腔室18， N 端半导体温度片14和磁性密封滑块12之间形成右腔室19，温度传感电阻15a置于左腔室内，温度传感电阻15b置于右腔室内，P端半导体温度片13和N 端半导体温度片14相互电连接；
见图2，气体仪表控制电路2包括CPU，以及分别与CPU连接的左腔室温度传感器输出端PT1、右腔室温度传感器输出端PT2和P端半导体温度片电源输入端V1，接地的N端半导体温度片电源输入端V2, 信号放大器AMP1；信号放大器AMP包括有电流输出端引脚1、控制参考电压输入端引脚2和直流信号输入端引脚3，电流输出端引脚1与P端半导体温度片电源输入端V1连接，控制参考电压输入端引脚2与CPU 的控制参考电压输出端连接，直流信号输入端引脚3通过积分电路与CPU的PWM控制信号输出端连接；积分电路包括有两组相互并联的积分单元组成，第一组积分单元包括有相互串联的电阻R1和电容C2，第二组积分单元包括有相互串联的电阻R2和电容C3；左腔室温度传感器输出端PT1与设置于左腔室内的温度传感电阻15a电连接，右腔室温度传感器输出端PT2与设置于右腔室内的温度传感电阻15b电连接， P端半导体温度片电源输入端V1与P端半导体温度片13电连接， N端半导体温度片电源输入端V2与N端半导体温度片14电连接。
2、一种利用气体驱动仪表指针转动的方法，包括以下步骤：
（1）、首先通过气体仪表控制电路的CPU输出PWM控制信号，PWM控制信号通过积分电路把交流信号变为直流信号，此直流信号进入信号放大器与控制参考电压信号进行比较；
（2）、当直流信号大于控制参考电压信号Vref时，信号放大器的电流输出端输出正信号，电流方向即会由N端半导体温度片流向P端半导体温度片，根据半导体温度片的固有特性，就会使左腔室内的温度降低、右腔室内的温度升高，从而使左腔室内气体压力变低、右腔室内气体压力变高，从而磁性密封滑块向左腔室移动，磁性密封滑块从而带动磁性仪表指针逆时针旋转；当直流信号加大时，磁性仪器指针逆时针转动速度变快；
（3）、当直流信号小于控制参考电压信号Vref时，信号放大器的电流输出端输出负信号，电流方向即会由P端半导体温度片流向N端半导体温度片，根据半导体温度片的固有特性，就会使左腔室内的温度升高、右腔室内的温度降低，从而使左腔室内气体压力变高、右腔室内气体压力变低，从而磁性密封滑块向右腔室移动，磁性密封滑块从而带动磁性仪表指针顺时针旋转；当控制参考电压信号Vref加大时，磁性仪器指针顺时针转动速度变快。
（4）、当直流信号等于控制参考电压信号Vref时，信号放大器无信号输出，结果磁性仪表指针静止不动；
（5）、在左腔室和右腔室内温度变化时，两个温度传感电阻会分别采集左腔室和右腔室内的温度，然后传输给CPU，CPU根据温度采集值判断磁性仪表指针当前位置，如果当前位置不在误差允许范围内，CPU进一步调节PWM控制信号输出，直至磁性仪表指针所指位置在误差规定的范围内，CPU调节结束。
Claims (8)
1.一种利用气体驱动仪表指针转动的装置，其特征在于：包括有气体仪表本体和与之连接的气体仪表控制电路；所述的气体仪表本体包括有环形密封气体腔、设置于环形密封气体腔内的磁性密封滑块、半导体温度片和两个温度传感电阻，设置于环形密封气体腔上方且与磁性密封滑块相互作用的磁性仪表指针；所述的磁性密封滑块和半导体温度片将环形密封气体腔内部分为左腔室和右腔室，所述的两个温度传感电阻分别置于左腔室和右腔室内，且所述的半导体温度片和两个温度传感电阻均与所述的气体仪表控制电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种利用气体驱动仪表指针转动的装置，其特征在于：所述的半导体温度片包括有相互电连接的P端半导体温度片和N 端半导体温度片，所述的P端半导体温度片和磁性密封滑块之间形成左腔室，所述的N 端半导体温度片和磁性密封滑块之间形成右腔室；
所述的气体仪表控制电路包括CPU，以及分别与CPU连接的左腔室温度传感器输出端、右腔室温度传感器输出端和P端半导体温度片电源输入端，接地的N端半导体温度片电源输入端；所述的左腔室温度传感器输出端与设置于左腔室内的温度传感电阻电连接，所述的右腔室温度传感器输出端与设置于右腔室内的温度传感电阻电连接，所述的P端半导体温度片电源输入端与P端半导体温度片电连接，所述的N端半导体温度片电源输入端与N端半导体温度片电连接。
3.根据权利要求1所述的一种利用气体驱动仪表指针转动的装置，其特征在于：所述的磁性仪表指针包括有设置于环形密封气体腔上方的仪表指针本体和固定于仪表指针本体上且位于磁性密封滑块正上方的仪表指针磁性体。
4.根据权利要求2所述的一种利用气体驱动仪表指针转动的装置，其特征在于：所述的气体仪表控制电路还包括有信号放大器，信号放大器包括有电流输出端、控制参考电压输入端和直流信号输入端，所述的信号放大器的电流输出端与P端半导体温度片电源输入端连接，所述的信号放大器的控制参考电压输入端与CPU 的控制参考电压输出端连接，所述的信号放大器的直流信号输入端通过积分电路与CPU的PWM控制信号输出端连接。
5.根据权利要求4所述的一种利用气体驱动仪表指针转动的装置，其特征在于：所述的积分电路包括有两组相互并联的积分单元组成，所述的每组积分单元包括有电阻和电容，且电阻和电容串联连接。
6.一种利用气体驱动仪表指针转动的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、首先通过气体仪表控制电路的CPU输出PWM控制信号，PWM控制信号通过积分电路把交流信号变为直流信号，此直流信号进入信号放大器与控制参考电压信号进行比较；
（2）、当直流信号大于控制参考电压信号时，信号放大器的电流输出端输出正信号，电流方向即会由N端半导体温度片流向P端半导体温度片，根据半导体温度片的固有特性，就会使左腔室内的温度降低、右腔室内的温度升高，从而使左腔室内气体压力变低、右腔室内气体压力变高，从而磁性密封滑块向左腔室移动，磁性密封滑块从而带动磁性仪表指针逆时针旋转；
（3）、当直流信号小于控制参考电压信号时，信号放大器的电流输出端输出负信号，电流方向即会由P端半导体温度片流向N端半导体温度片，根据半导体温度片的固有特性，就会使左腔室内的温度升高、右腔室内的温度降低，从而使左腔室内气体压力变高、右腔室内气体压力变低，从而磁性密封滑块向右腔室移动，磁性密封滑块从而带动磁性仪表指针顺时针旋转；
（4）、当直流信号等于控制参考电压信号时，信号放大器无信号输出，结果磁性仪表指针静止不动；
（5）、在左腔室和右腔室内温度变化时，两个温度传感电阻会分别采集左腔室和右腔室内的温度，然后传输给CPU，CPU根据温度采集值判断磁性仪表指针当前位置。
7.根据权利要求6所述的一种利用气体驱动仪表指针转动的方法，其特征在于：所述的步骤（5）中CPU判断磁性仪表指针当前位置时，如果当前位置不在误差允许范围内，CPU进一步调节PWM控制信号输出，直至磁性仪表指针所指位置在误差规定的范围内，CPU调节结束。
8.根据权利要求6所述的一种利用气体驱动仪表指针转动的方法，其特征在于：所述的直流信号加大时，磁性仪器指针逆时针转动速度变快；所述的控制参考电压信号加大时，磁性仪器指针顺时针转动速度变快。
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