技术领域
[0001] 本
发明关于一种仪表指针归零控制方法及装置，尤指一种通过外加一补偿
电压，而让指针偏转
角度与施加电压强弱两者之间能存有良好线性关系的仪表指针归零装置。
背景技术
[0002] 请参考图7，图7所示为一传统气轴式(air-core)仪表指针组的结构示意图，主要构造包含一设置永久磁
铁的
转子51、一设于转子51上的指针52、与两组线圈(Cosine coil)(Sine coil)53、54，两线圈53、54以彼此相对九十度
正交的方式加以绕设，为区别起见，以下分别称两线圈为余弦线圈53及正弦线圈54。一旦有电压施加于线圈53、54时，两线圈53、54会与转子51上的永久
磁铁相互感应，令转子51转动而驱使指针52产生偏转。反之，当没有电压施加于线圈53、54上时，指针52仍旧停留于偏转时的最后
位置，并无归零。
[0003] 请参考图8、图9所示，为上述气轴式仪表指针的控制
电路图及其
波形图，两线圈53、54均接到一共同的中心电压Vdd，该中心电压Vdd为5伏特，两线圈53、54亦分别透过一
驱动器(driver)55a、56a接收对应的第一、第二输入电压V1、V2。两输入电压V1、V2的
相位差为90度，若以中心电压5伏特为基准，最高峰值相距中心电压有3伏特的振幅，最低峰值相距中心电压亦有3伏特的振幅，因此在0度到360度之间的最高至最低峰值将介于
2伏特至8伏特。第一、第二输入电压V1、V2可通过下列函数分别表示：
[0004] V1＝V_cosine＝5V+3V×cos(θ)
[0005] V2＝V_sine＝5V+3V×sin(θ)
[0006] 请参考图10、图11所示，为气轴式仪表指针的另一种控制电路图及其波形图，该种架构不须使用一固定的中心电压，故中心电压Vdd以0伏特为基准，每一线圈53、54均是利用一组互为反相的差动电压独立控制。该组差动电压的产生方式是在每一线圈53、54的两端均设置一驱动器55a、55b、56a、56b，而每一线圈53、54的两驱动器55a、55b、56a、56b互为反相，每一对驱动器55a、55b、56a、56b的输入端连接到一输入电压V1、V2。因此输入电压V1、V2经过驱动器55a、55b、56a、56b后，即可在各线圈53、54的两端产生一组反相的差动电压。举例而言，若使用的输入电压V1、V2具有3伏特的振幅，则两线圈53、54所接收到的电压即以0伏特为基准而在+3至-3伏特之间摆动，由函数表示为：
[0007] V1＝V_cosine＝3V×cos(θ)
[0008] V2＝V_sine＝3V×sin(θ)
[0009] 如图12所示，于转子51外侧若再设置一归零磁铁57，则当没有电压施加于线圈53、54上时，该归零磁铁57会与转子51上的永久磁铁互相感应而迫使指针52转回归零位置，相对于指针52的归零位置，该归零磁铁57可设置于任何角度，但一般会摆设在特
定位置以较容易控制其特性，例如设于180度的位置，惟即使加设归零磁铁57，仍可沿用前述的各种控制电路不需改变。
[0010] 请参考图13所示，相对于使用单颗归零磁铁57，亦可利用两颗分别设置于135度及225度的归零磁铁58、59来控制指针52归零，使用双归零磁铁58、59的效果等同于图12的单颗磁铁57。由于归零磁铁58、59的A、B两向量方向相反，故互相抵消，但C、D两向量为同一方向，故两者具有相加的效果，如此一来，双归零磁铁58、59所贡献的
磁场即等效于图12所示设于180度的单颗归零磁铁57。
[0011] 外加归零磁铁57、58、59虽然能让指针52回转到原始的起始位置，但却也牺牲了当线圈53、54于外加电压时，前述指针52偏转的线性度(linerarity)，换句话说，指针52偏转角度与施加电压的强弱将不再是良好的线性关系。
[0012] 为改善前述线性度变差的问题，在美国核准公告第4,492,920号
专利案中，如专利案第二、五图所示，在原有的双线圈架构下，再额外加入一补偿线圈(标号41)。当电压施加于该补偿线圈上，可产生一补偿磁场，该补偿磁场与归零磁铁所产生的磁场极性相反。此种作法虽然可以改善线性，但是对仪表指针而言，必须额外绕设一组线圈，不但必须花费较多的制造成本，也使得仪表指针的整体体积及重量均因此而提高，并非是较佳的解决之道。
发明内容
[0013] 由于现有加设补偿线圈的作法仍有其缺点，本发明的主要目的是提供一种仪表指针归零控制方法及装置，在不更动原仪表指针结构的前提下，可提供一补偿磁场而改善仪表指针相对施加电压的偏转线性度。
[0014] 为达成前述目的，本发明的仪表指针归零控制装置包含：
[0015] 一仪表指针组，其具有一转子、一设于转子上的指针、以彼此相对九十度正交方式绕设于转子外侧的一余弦线圈及一正弦线圈、至少一可建立归零磁场的归零磁铁；
[0016] 第一输入电压，施加于该余弦线圈；
[0017] 第二输入电压，施加于该正弦线圈；
[0018] 一补偿电压，根据该归零磁铁的设置角度而施加于该余弦线圈或正弦线圈或两线圈，令补偿电压可建立一补偿磁场以抵消该归零磁场。
[0019] 其中，该补偿电压通过一加法电路而与第一输入电压或第二输入电压相加，再输出至余弦线圈、正弦线圈或两线圈。
[0020] 由于利用该补偿电压所产生的补偿磁场恰与归零磁场的极性相反故两者可互相抵消，当供电予仪表指针组操作时，指针的偏转与施加电压强弱可维持良好的线性关系，且当没有电压施加在线圈上时，指针仍可顺利受归零磁铁影响而正确回归到原始的零度位置。
[0021] 本发明的另一目的是提供一种仪表指针的归零控制方法，该方法包含：
[0022] 判断归零磁铁所建立的归零磁场的极性；
[0023] 依据该归零磁场决定一补偿电压应直接施加于余弦线圈或正弦线圈或两者；
[0024] 决定该补偿电压的大小，令该补偿电压可建立一补偿磁场以抵消该归零磁场。
附图说明
[0025] 图1是本发明于如何制定一补偿电压的示意图。
[0026] 图2是本发明于仪表指针加入补偿电压的示意图。
[0027] 图3是本发明如图2所示加入补偿电压的波形图
[0028] 图4是本发明于仪表指针加入一补偿电压的示意图。
[0029] 图5是本发明如图4所示加入补偿电压的波形图
[0030] 图6是本发明一加法电路的电路图。
[0031] 图7是一现有气轴式(air-core)仪表指针的结构示意图。
[0032] 图8是现有气轴式仪表指针的一控制电路图。
[0033] 图9是前述图8气轴式仪表指针的控制电压波形图。
[0034] 图10是现有气轴式仪表指针的另一控制电路图。
[0035] 图11是前述图10气轴式仪表指针的控制电压波形图。
[0036] 图12是现有具有归零功能的气轴式仪表指针其结构示意图。
[0037] 图13是现有具有归零功能的另一种气轴式仪表指针其结构示意图。
[0038] 附图标号：
[0039] 10补偿电压 20、20a、20b加法电路
[0040] 51转子 52指针
[0041] 53余弦线圈 54正弦线圈
[0042] 55a、55b、56a、56b驱动器
[0043] 57、58、59归零磁铁
[0044] V1第一输入电压 V2第二输入电压
[0045] V1’补偿后第一输入电压
具体实施方式
[0046] 请参考图1所示，本发明的归零控制方法即是将归零磁铁57所产生的磁场，通过建立另一
磁性相反的补偿磁场加以抵消，该补偿磁场可用一补偿电压10加以建立。该补偿电压10的强弱程度可经由下列步骤决定：
[0047] 1.将一可调整的直流电压施加于该余弦线圈53的驱动器55a上。
[0048] 2.令正弦线圈54的驱动器56a维持开路，这是因为归零磁场并没有对正弦线圈54的方向产生影响。
[0049] 3.将指针52拨动离开原0度角的位置，例如将指针52移动至90度角的位置。
[0050] 4.逐渐微调该直流电压的强弱，令指针52即使在移除该外加拨动
力量后，仍不会回归至0度角的位置，例如仍维持于90度角的位置；而此时所施加的直流电压，即定义为补偿电压10。
[0051] 请参考图2所示，当补偿电压10决定后，该补偿电压10必须维持输入至余弦线圈53的驱动器55a，本发明的作法于该驱动器55a的输入端设置一加法电路20，该加法电路
20的两输入端分别连接该补偿电压10和第一输入电压V1，本电路中心使用一5伏特的直流电压为一中心电压Vdd。
[0052] 请参阅图3，该加法电路20根据补偿电压10的大小而对第一输入电压V1的准位加以上移或下移。举例而言，若补偿电压10为-1伏特，补偿前的第一输入电压V1为V1＝5V+3V×cos(θ)，第二输入电压V2为V2＝5V+3V×sin(θ)，则当补偿电压10加入后，补偿后的第一输入电压V1’的准位将介于1伏特至7伏特之间，而第二输入电压V2仍维持于2伏特至8伏特。
[0053] 相较于未补偿前，可明显看出第一输入电压V1’的准位下移1伏特，补偿后的电压值可表示为：
[0054] V1’＝5V+3V×cos(θ)-1V。
[0055] 请参考图4、图5所示，针对差动式的输入电压，亦可适用本发明，而中心电压Vdd使用0伏特，在余弦线圈53的两驱动器55a、55b的输入端各连接有一加法电路20a、20b，两加法电路20a、20b的一输入端连接一补偿电压10，另一输入端共同连接第一输入电压V1。以补偿电压10为-1伏特为例，经过补偿后的第一输入电压V1’同样是准位会整体下移1伏特。
[0056] 请参考图6所示，前述加法电路20、20a、20b可由一加法
运算放大器实现，该加法
运算放大器的
反相输入端连接至输出端，
非反相输入端连接该补偿电压10。
[0057] 前述各
实施例中的补偿电压10均是一独立的外加电压，若仪表指针是利用一
微处理器(Microprocessor)透过一数字模拟转换器(DAC)或一脉冲宽度调变器(PWM)所控制，则可以将补偿数据预先设定于微处理器内部，令输出至数字模拟转换器(DAC)或脉冲宽度调变器(PWM)中的控制数据即已包含补偿数据，如此亦可消除归零磁铁所产生的磁场。
[0058] 根据归零磁铁57、58、59的摆设数量及位置，前述补偿电压10可施加于余弦线圈53或正弦线圈54或是两线圈53、54。例如当单颗归零磁铁57设于45度角的位置，补偿电压10会施加在正弦线圈54上；单颗归零磁铁57设于90度角的位置，补偿电压10会施加在余弦线圈53与正弦线圈54两者。
[0059] 综上所述，本发明的归零控方法可归纳为下列步骤；
[0060] 判断一归零磁铁所建立的归零磁场的极性；
[0061] 依据该归零磁场决定一补偿电压应直接施加于一余弦线圈或一正弦线圈或两者；
[0062] 决定该补偿电压的大小，令该补偿电压可建立一补偿磁场以抵消该归零磁场。
[0063] 本发明在不变动原仪表指针结构的前提下，根据归零磁铁的摆设位置，直接施加补偿电压于仪表指针的余弦线圈或正弦线圈或两线圈，利用该补偿电压所贡献的磁场抵消归零磁铁的磁场，如此在仪表指针操作时，可维持良好的线性度，且当没有电压施加在线圈上时，指针仍可顺利受归零磁铁影响而正确回归到原始位置。
