專利名稱：一種壓力計的傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力計的傳感裝置，特別涉及一種適于利用AMR(Anisotropic Resistor，各向異性磁阻)傳感器或霍爾傳感器(HallIC或Hall Sensor)來實現(xiàn)高精確度和低價格的波爾登壓力計的波爾登壓力計的傳感裝置。

背景技術(shù)：
一般的波爾登管(bourdon tube)，是指將以具有彈力的金屬板制作的中空的扁平管(Tube)彎曲成圓弧形并封閉末端的結(jié)構(gòu)，將管的一側(cè)末端固定后施加壓力時，未固定的另一側(cè)末端移向曲率半徑增加的方向，所述管的移動量隨著所供給的壓力的大小或管的大小和厚度、材質(zhì)、彎曲的曲率半徑所增加，通過所述波爾登管來檢測流體壓力的裝置稱為波爾登管壓力計(Pressure Gauge，壓力計)。
圖1至圖3是表示現(xiàn)有波爾登管的形成例的剖視圖。
根據(jù)以圓形彎曲的形狀，這種壓力計所使用的波爾登管分為如圖1所示的漩渦(發(fā)條)形、如圖2所示的C形、如圖3所示的螺旋形。漩渦形是將很薄且扁平的管纏繞成如鐘表發(fā)條形狀而形成相對長且敏感的波爾登管，從而使得自由端的移動距離增大，在無其他增幅器械的條件下可將指針直接附著在自由端來使用。并且，C形或漩渦狀的情況下由于自由端的移動距離相對較小，需利用杠桿原理或扇形小齒輪等進行增幅來移動指針。
并且，波爾登管壓力計包括波爾登管，所述波爾登管以螺旋形形成，且被施加的壓力所膨脹；變位齒輪，所述變位齒輪使得上述波爾登管的變位量直接轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動或轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動；針軸齒輪，所述針軸齒輪具有針，所述針通過上述變位齒輪所旋轉(zhuǎn)，所述針的針端指示刻度。
上述波爾登管壓力計，可反映通過壓力進行擴張及收縮操作的上述波爾登管的變位，從而可視地表示壓力。即，通過變位齒輪，固定有針的針軸齒輪隨著波爾登管的變位而旋轉(zhuǎn)，使得針旋轉(zhuǎn)變位，由此所述針指示對應(yīng)的壓力刻度，從而可視地表示壓力。
但是，由于如上所述的波爾登壓力計以模擬方法通過針檢測壓力刻度，因此如果要目測精密領(lǐng)域的精細刻度，從比例的角度需要增大刻度盤的外徑，特別是不能以電子輸出來獲得值，只能使用高價的數(shù)字壓力計的問題。并且，習慣于使用現(xiàn)有波爾登管壓力計的用戶，在使用數(shù)字壓力計時，具有難以確認對輸出值允許壓力中的輸出值范圍的問題，這是由于以往的使用者們習慣于長時間通過感覺來使用波爾登壓力計。
為改善這些問題，利用現(xiàn)有的波爾登管的電子式的壓力計揭示于美國發(fā)明專利公開號第2004/0093952號(電子壓力變換器，以下稱為現(xiàn)有技術(shù)1)、大韓民國發(fā)明專利申請第10-2004-0086196號(電子式波爾登管壓力計，以下稱為現(xiàn)有技術(shù)2)。
上述現(xiàn)有技術(shù)1的電子壓力變換器，是指利用具有N極和S極的條形磁鐵，將傳感器設(shè)置在所述條形磁鐵的中間位置，而后通過GMR(Giant Magneto Resistance，巨磁電阻)傳感器檢測條形磁鐵的旋轉(zhuǎn)，所述傳感器包括2個固定電阻和4個可變電阻，從而可在1個傳感器輸出2個輸出值V1、輸出值V2(Sin、Cos)。
圖4是表示在現(xiàn)有的電子壓力計配置GMR傳感器的例子的框圖。
在圖4中的固定電阻用于計算基準值，可變電阻的檢測方向，上下一對固定電阻是以水平進行檢測，其他上下的一對固定電阻設(shè)置成旋轉(zhuǎn)45°或90°，從而檢測磁鐵的磁力。即，左側(cè)的上下一對固定電阻生成Sin信號值V1，右側(cè)的上下一對生成Cos信號值V2。
上述圖4中，配置在中央的固定電阻是用于設(shè)定輸出值V1、輸出值V2的基準值(Offset)，各輸出值V1、V2，通過配置在中央的固定電阻和配置在左側(cè)的可變電阻獲得輸出值V1，通過配置在中央的固定電阻和配置在右側(cè)的可變電阻獲得輸出值V2。即，因為在無磁力的條件下固定電阻值和可變電阻值顯示相同的值，從而輸出值(Vn)顯示值為0。固定電阻對于磁力的方向不變，可變電阻通過磁力顯示可變值。為檢測360°的范圍，在所述GMR傳感器配置多個傳感器。
并且，為求得V1的基準值(V1 Offset)，從V1的最高值求出V1的最低值之后除以2。
即，進行V1 offset＝(V1 max-V1 min)/2。
并且，為求得V2的基準值(V2 Offset)，從V2的最高值求出V2的最低值之后除以2。
即，進行V2 offset＝(V2 max-V1 min)/2。
并且，V2的比率值(V2 Gain)，是通過將從V1的最高值減去V1的最低值的值，除以從V2的最高值減去V2的最低值的值的方式求出。
即，V2 Gain＝(V1 max-V1 mon)/(V2 max-V1 min) 并且，利用V1、V2的值求出實際旋轉(zhuǎn)的角度。
即，通過Arc tan((V1-V1 offset)/(V2-V2 offset)*V2gain)求出。
以下對上述現(xiàn)有技術(shù)1的不足之處進行詳細說明。
首先，GMR傳感器(Giant Magneto Resistance Sensor)的情況下，在高分解能力(Resolution)和反應(yīng)速度的(Bandwidth)和磁力在mT(milli-tesla)范圍(range)使用時與AMR傳感器(Anisotropic Magnetic Resistor Sensor，各向異性磁阻傳感器)相似，但由于敏感度(Sensitivility；typical)和磁滯(Hysteresis)高，從而通常用于變位檢測。
1、信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR) 圖4中輸出值V1和輸出值V2，是通過在中央以可變電阻為基準所獲得，從而在將信噪比(SNR)視為1時，從惠斯登電橋(Wheatstonebridge)求出1個輸出值的情況下獲得的信噪比為2。即，在現(xiàn)有技術(shù)1的傳感器結(jié)構(gòu)中，在與惠斯登電橋結(jié)構(gòu)比較時，存在僅發(fā)揮50％信噪比性能的界限。
2、基準值(Offset) 為求得輸出的基準值，需要進行最高值和最低值的檢測。GMR傳感器由于不能檢測磁鐵的極性(N極和S極)，從而僅旋轉(zhuǎn)180°+1°即可獲得最大值和最低值。即，在進行每次檢測時，在檢測前旋轉(zhuǎn)180°以上來獲得最大值和最低值后，將波爾登壓力計的旋轉(zhuǎn)量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號而求出壓力值。
在這種情況下，通過檢測前旋轉(zhuǎn)180°以上來校正由于現(xiàn)有的磁力或外部氣體溫度所發(fā)生的誤差，可在將波爾登管壓力計的壓力旋轉(zhuǎn)值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號時減少誤差。另外，還有將組裝產(chǎn)品后旋轉(zhuǎn)180°以上而將最大值和最小值儲存于電子部而使用的方法。
但是存在以下各種問題如果是電子的情況下使用復(fù)雜，且如果為后者的情況下由于是永久磁鐵而磁力經(jīng)時變化而減小，進而不能校正輸出值的變化，每次檢測時由于外部氣體溫度的影響而不能校正輸出值的變化。即，檢測值的誤差是經(jīng)時變化或外部氣體溫度的影響而發(fā)生的，而不是由于使用次數(shù)而增加。
并且，在將磁化線圈附著在傳感器，而從+磁化部(Coll+)獲得最大值、從-磁化部(Coll-)獲得最小值來設(shè)定基準值時，可獲得對磁力經(jīng)時變化而減小或磁力隨著每次檢測時外部氣體溫度變化而變化進行校正的值，進一步，如在壓力計內(nèi)部的電子部具備可生成及維持一定溫度的裝置時，可進一步校正經(jīng)時變化的誤差，解決由于溫度而引起的誤差。但是，如果使用這種裝置，則需要提高制造成本及用電量，但可在高精確度標準壓力計的開發(fā)中發(fā)揮高性能。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，并未揭示有利用這種磁化線圈的技術(shù)。
3、輸出值(Value) 并且，圖5是表示圖4的可變電阻的檢測方向的框圖，圖6是表示圖5的根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度變化的輸出值的曲線圖。
如圖5所示，利用一個傳感器形成電阻體的情況下，輸出值將輸出Sin及-Sin信號值，即，發(fā)生多余的-Sin信號值。因此，如使用如圖5所示的1個傳感器來求出旋轉(zhuǎn)角時，由于使用角度有限制而不能檢測360°。
并且，圖7是表示在圖4中以1個傳感器形成電阻體的情況下表示檢測方向的框圖，圖8是表示根據(jù)圖7的旋轉(zhuǎn)角度變化的輸出值的曲線圖。
因此，如圖7所示，在1個傳感器形成電阻體的情況下求得Sin和CoSin輸出值。但是在1個傳感器難以判斷正確的位置。
這是由于在圖6及圖8中輸出值a是在旋轉(zhuǎn)角b和b’所顯示，更為具體說明是，不能檢測輸出值a是旋轉(zhuǎn)角b所輸出的值還是旋轉(zhuǎn)角b’所輸出的值，因此，僅在1個傳感器檢算出旋轉(zhuǎn)量是有限制的，尤其更不可能檢測360°的旋轉(zhuǎn)角。
在實際檢測中，1個的檢測范圍為約120°，有效角度為約90°，如果對上述結(jié)構(gòu)進行擴大解釋，將可變電阻的距離分別以分離數(shù)mm來制作傳感器，從而在波爾登管壓力計設(shè)置1個傳感器的情況下，檢測位置以9點方向和3點方向為中心進行檢測，因此檢測角度具有界限。
4、旋轉(zhuǎn)量檢測(Measurement) 如現(xiàn)有技術(shù)1所述，以從GMR傳感器內(nèi)部所具備的電阻體輸出的值，通過反正切(Arc tangent)求出旋轉(zhuǎn)角是具有限制的。雖然可在如圖7所示方式配置的1個GMR傳感器求出Sin和Cos信號值，但是在檢測360°時利用反正切是無意義的。即，由于求出圖7的輸出值具有界限，從而利用所述值得反正切值也具有界限。
5、使用多個傳感器(Multi-sensor) 為便于說明，可假設(shè)為利用3個傳感器的結(jié)構(gòu)，這是因為利用GMR傳感器的情況下至少利用3個傳感器才能檢測360°。
并且，圖9是表示從現(xiàn)有的3個傳感器分別對2個輸出值進行2次增幅而使用的例的框圖，圖10是表示從現(xiàn)有的3個傳感器分別對2個輸出值進行利用六元多路轉(zhuǎn)換器(6-way multiplexor)的增幅的例的框圖，圖11是將來自現(xiàn)有3個傳感器的各1個輸出值以多路轉(zhuǎn)換器進行增幅的例的框圖，圖12是將來自現(xiàn)有3個傳感器的各1個輸出值以多路轉(zhuǎn)換器進行增幅的其他例的框圖。
即，圖9是傳感器的配置圖，圖10～圖12是為檢測360°的通過傳感器的框圖，在現(xiàn)有技術(shù)1中對除了使用多個傳感器的結(jié)構(gòu)之外，未揭示如圖10～圖12等的具體方法。
5-1)在現(xiàn)有技術(shù)1中，可求出用于檢測360°的Sin信號值和Cos信號值，每個傳感器可以檢測120°，且可相互關(guān)聯(lián)而檢測360°，但對于這種傳感器配置，在現(xiàn)有技術(shù)1中未揭示有具體方法或求出旋轉(zhuǎn)角的方法。
5-2)現(xiàn)有技術(shù)1的信噪比(SNR)仍然比惠斯登電橋(WheatstoneBridge)低50％，為提高所述信噪比應(yīng)使用多個增幅器(AMP)(參照圖10)。但是，由于在提高信噪比時需使用多個增幅器而，使得費用相對增加，在如圖12所示，利用最低成本形成電路(3-waymultiplexer)時，信噪比還是比惠斯登電橋低50％。
5-3)現(xiàn)有技術(shù)1對基準值及外部誤差發(fā)生因素(溫度、磁力變化)敏感。特別是，在利用3個傳感器時，在現(xiàn)有技術(shù)1中未揭示有改善這種誤差的方法。
5-4)現(xiàn)有技術(shù)1以相對高的成本(construction cost)所形成。電路結(jié)構(gòu)根據(jù)用途或條件可選擇性地改變，但傳感器內(nèi)部將附加6個固定電阻而使用。
5-5)并且，圖9是從3個傳感器將各2個輸出值增幅2次而使用的方式，存在成本過高的問題，并且在增幅過程中多少發(fā)生些噪音(Noise)。但是，信噪比(SNR)與使用1個傳感器時相比好約2倍。
5-6)圖10是表示從3個傳感器將各2個輸出值以六元MUX(Multiplex，多路轉(zhuǎn)換器)進行選擇性增幅的過程，此時的信噪比(SNR)也存在與使用1個傳感器時相同的問題。
5-7)圖11是表示從3個傳感器各利用1個輸出值，并通過多路轉(zhuǎn)換器進行選擇性增幅的方式，此時的信噪比(SNR)也存在與使用1個傳感器時相同的問題。
為解決上述現(xiàn)有技術(shù)1的問題，本發(fā)明中將圓盤形的磁鐵分割為NS極和SN極而形成，在接近磁鐵的位置設(shè)置傳感器，從而圓盤形磁鐵的旋轉(zhuǎn)變位被傳感器所檢測，并輸出所述檢測值。
如上所述，現(xiàn)有技術(shù)1，由于GMR特性的原因而磁滯(hysterisis)高，從傳感器結(jié)構(gòu)來講信噪比(SNR)低，由檢測時的外部因素(磁力、溫度)所引起的檢測誤差大，通過1個傳感器不能檢測360°旋轉(zhuǎn)角，如使用大量傳感器的情況下由于會增加傳感器之外的零部件而增加成本等的問題。
并且，以下對現(xiàn)有技術(shù)2的大韓民國發(fā)明專利申請第10-2004-0086196號(電子式波爾登管壓力計)進行詳細說明。
即，現(xiàn)有技術(shù)2中，傳感器的位置并不位于磁鐵內(nèi)部，而位于磁鐵外部，特別是磁鐵安裝的是4極結(jié)構(gòu)的檢測方法，而不是原來的2極。作為檢測磁鐵外部所形成的磁力線的結(jié)構(gòu)，為了檢測360°而在磁鐵外部設(shè)置多個傳感器，傳感器數(shù)量與磁鐵極數(shù)成比例。
這種現(xiàn)有技術(shù)2存在如下問題。
由于在磁鐵的外部檢測磁力線且對外部磁力敏感，從而在檢測時成為誤差發(fā)生的原因，由于將多個傳感器分離配置，因而生產(chǎn)各傳感器時由于批量(Lot)生產(chǎn)時的誤差及每個產(chǎn)品所固有的誤差等原因?qū)е戮_度下降，在將各傳感器設(shè)置在基板時(SMT表面貼裝技術(shù))發(fā)生的誤差等原因?qū)е戮_度下降的問題。
特別是，由于使用多個傳感器而導(dǎo)致成本的增加，如果集成到1個傳感器則需要限制磁鐵大小，從而導(dǎo)致傳感器的制造成本昂貴。并且，在將各傳感器集成到1個芯片的情況下，可通過經(jīng)濟的價格(economical price)制造產(chǎn)品，而降低制造工序中的誤差，但此時未對溫度校正及磁力變化的誤差校正進行說明，對制造高性能產(chǎn)品的再現(xiàn)具有界限。
如上所述，使用現(xiàn)有技術(shù)1的電子壓力變換器和現(xiàn)有技術(shù)2的電子式波爾登管壓力計的情況下，在各利用1個傳感器時存在如下問題。
即，在實現(xiàn)高性能的傳感器裝置的情況下，現(xiàn)有技術(shù)1將選擇特定傳感器(GMR)，從而傳感器特性上具有高磁滯，傳感器的結(jié)構(gòu)中利用固定電阻求出2個輸出值而獲得低信噪比(NRB)，在1個傳感器利用Sin和Cos來檢測360°旋轉(zhuǎn)角，在求出基準值時，不能應(yīng)對磁力變化及外部氣體溫度變化而發(fā)生的誤差。
在配置多個所述傳感器的情況下，未指定具體配置位置，在利用上述傳感器檢測360°而使用3個傳感器的情況下會增加傳感器之外的其他零部件的消耗(AMP或MUX)，進而會導(dǎo)致產(chǎn)品成本的上升。
并且，在現(xiàn)有技術(shù)2的情況下，也沒有應(yīng)對外部磁力的保護對策和對在基板上設(shè)置多個傳感器時發(fā)生的位置誤差及各傳感器所具有的固有誤差(Lot誤差、不同產(chǎn)品所具有的誤差)等的對策及抵消由各傳感器發(fā)生的溫度差所而引起的誤差等的對策。特別是，在1個電路集成多個傳感器的情況下，會導(dǎo)致傳感器大小的增加或使磁鐵大小受到限制。在內(nèi)部設(shè)置多個傳感器而增加零部件的消耗量。即，由于具有4個極，從而需要使用4個以上傳感器，在這種情況下存在以比例地(proportionally)增加AMP或MUX的消耗量的問題。


發(fā)明內(nèi)容
為解決上述諸多問題的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種利用AMR傳感器或霍爾傳感器來實現(xiàn)高精確度和低價格的波爾登壓力計的波爾登壓力計的傳感裝置。
本發(fā)明是以如下方式實現(xiàn)的。本發(fā)明一個方面的波爾登壓力計的傳感裝置，包括波爾登管，所述波爾登管通過壓力膨脹；變位齒輪，所述變位齒輪將波爾登管的變位量轉(zhuǎn)換為圓形運動，且呈漩渦狀(spiral)或螺旋狀(helical)；LCD，所述LCD表示根據(jù)所述變位齒輪的旋轉(zhuǎn)值， 所述波爾登壓力計的傳感裝置，包括 磁鐵，所述磁鐵是以與所述變位齒輪連接的軸的圓運動中心為基準線而設(shè)置，且在左右兩側(cè)具有N極和S極； 傳感器，所述傳感器與所述磁鐵的一面的圓周面上相對應(yīng)，且分割設(shè)置在從所述磁鐵的中心到圓周面上的至少3個以上位置，并包括AMR傳感器； 顯示控制部，被輸入由所述傳感器輸出的位相信號值中的Sin信號值和Cos信號值而校正位相值后，將校正后的信號值輸出到LCD。
如上所述，本發(fā)明的波爾登壓力計的傳感裝置，具有利用AMR傳感器或霍爾傳感器來實現(xiàn)高精確度和低價格的波爾登壓力計的效果。



圖1～圖3是表示現(xiàn)有波爾登管結(jié)構(gòu)例的剖視圖； 圖4是表示在現(xiàn)有電子式壓力計配置GMR傳感器的例的框圖； 圖5是表示圖4的可變電阻的檢測方向的框圖； 圖6是表示隨著圖5的旋轉(zhuǎn)角度變化的輸出值的曲線圖； 圖7是表示在圖4中以1個傳感器形成電阻體的情況下的可變電阻的檢測方向的框圖； 圖8是表示圖7中根據(jù)旋轉(zhuǎn)角的輸出值的曲線圖； 圖9是表示從現(xiàn)有的3個傳感器分別對2個輸出值進行2次增幅而使用的例的框圖； 圖10是表示從現(xiàn)有的3個傳感器分別對2個輸出值進行利用六元多路轉(zhuǎn)換器的增幅的例的框圖； 圖11是表示將來自現(xiàn)有3個傳感器的各1個輸出值以多路轉(zhuǎn)換器進行增幅的例的框圖； 圖12是表示將來自現(xiàn)有3個傳感器的各1個輸出值以增幅器進行增幅的其他例的框圖； 圖13～圖20是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的波爾登壓力計的傳感裝置的主視圖和側(cè)視圖及各種實施例等的側(cè)視圖； 圖21是表示圖13～圖20的形成圓形磁鐵和3個傳感器的例的剖視圖； 圖22是表示圖13～圖20的形成圓形磁鐵和4個傳感器的例的剖視圖； 圖23是表示圖13～圖20的在圓形磁鐵的外部形成3個傳感器的例的剖視圖； 圖24是表示圖13～圖20的形成條形磁鐵和傳感器的例的剖視圖； 圖25是表示圖21～圖24的形成磁鐵內(nèi)芯片的惠斯登電橋1的形成例的剖視圖； 圖26是表示圖21～圖24的形成磁鐵內(nèi)芯片的惠斯登電橋2的形成例的剖視圖； 圖27是表示圖25及圖26的根據(jù)旋轉(zhuǎn)角的輸出值的曲線圖； 圖28是表示圖25及圖26的根據(jù)3個電壓的旋轉(zhuǎn)角的輸出值的曲線圖； 圖29是表示為說明本發(fā)明的360°檢測的例的示意圖； 圖30是表示用于說明圖22中以4個傳感器形成的情況下的檢測例的示意圖； 圖31是表示圖13～圖20的連接有磁化線圈的磁鐵和傳感器的形成例的框圖； 圖32及圖33是表示用于說明圖13～圖20的根據(jù)傳感器和磁鐵間距離及中心點的偏離度(deviation)的誤差的數(shù)據(jù)和參考圖； 圖34表示圖13～圖20的與軸連接的磁鐵的形成例的剖視圖； 圖35～圖43是表示圖34的磁鐵和傳感器和軸的多種結(jié)合狀態(tài)的剖視圖； 圖44是表示圖13～圖20的PCB及其周邊方塊的框圖； 附圖符號的簡單說明 100波爾登壓力計 110面板 120LCD 130指示器 140軸 150變位齒輪 160本體 170波爾登管 180電池 190連接螺釘 200；磁鐵 210圓形磁鐵 221～224可變電阻 300傳感器 311+磁化線圈(Coll+) 312-磁化線圈(Coll-) 400PCB410顯示控制部 411多路轉(zhuǎn)換器 412增幅部 413CPU
具體實施例方式 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種波爾登壓力計的傳感裝置，所述波爾登壓力計包括波爾登管，所述波爾登管固定在壓力計本體的一端，通過被施加的壓力所膨脹；變位齒輪，所述變位齒輪的一端與連接到所述波爾登管的端部且固定在壓力計本體的軸為中心以可旋轉(zhuǎn)地結(jié)合，從而將上述波爾登管的變位量轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動，且呈漩渦狀或螺旋狀；LCD，所述LCD對通過上述變位齒輪的旋轉(zhuǎn)值進行檢測并顯示， 波爾登壓力計的傳感裝置，包括 磁鐵，所述磁鐵具有N極和S極，且以與所述變位齒輪連接的軸的圓周運動的中心為基準線而設(shè)置； 傳感器，所述傳感器與所述磁鐵的一面的圓周面上相對應(yīng)，至少分割設(shè)置在從所述磁鐵的中心到圓周面上的至少3個以上位置，且包括AMR傳感器或霍爾傳感器； 顯示控制部，被輸入由所述傳感器輸出的位相信號中的Sin信號值和Cos信號值而校正位相值后，將校正后的位相值輸出到LCD。
圖13～圖20是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的波爾登壓力計的傳感裝置的主視圖和側(cè)視圖及各種實施例等的側(cè)視圖； 并且，如圖所示，一種波爾登壓力計的傳感裝置，所述波爾登壓力計包括波爾登管170，所述波爾登管170通過壓力所膨脹；變位齒輪150，所述變位齒輪150和與所述波爾登管170的端部連接，從而將所述變位量轉(zhuǎn)換為圓形運動，且呈漩渦狀或螺旋狀；LCD120，所述LCD120檢測并顯示根據(jù)所述變位齒輪150的旋轉(zhuǎn)值， 其中，波爾登壓力計的傳感裝置包括 磁鐵200，所述磁鐵200設(shè)置在與所述變位齒輪150連接而旋轉(zhuǎn)的軸的旋轉(zhuǎn)中心，且具有N極和S極； 傳感部，所述傳感部設(shè)置在所述本體，分割設(shè)置在與所述磁鐵200對應(yīng)的至少3個以上位置，包括AMR(Anisotropic Resistor，各向異性磁阻)傳感器或霍爾傳感器300； 顯示控制部410，被輸入由所述傳感部的傳感器300輸出的位相信號中的Sin信號值和Cos信號值而校正位相值后，將校正后的位相值輸出到LCD120。
所述波爾登壓力計的傳感部，如圖14所示，在所述軸140的兩端安裝有所述磁鐵200和所述傳感器300，所述磁鐵200可在0°～360°之間旋轉(zhuǎn)，所述傳感器300用于檢測所述磁鐵200的旋轉(zhuǎn)。
所述波爾登壓力計的傳感部，如圖19所示，由所述軸140的銷穿過所述磁鐵200并通過所述傳感器300而穿過所述PCB400的結(jié)構(gòu)所形成，所述傳感器300分割配置在所述PCB400上，從而所述軸140的銷穿過各所述傳感器300的重心或在集成的所述傳感器300的中央形成的孔。
圖21是表示圖13～圖20的形成圓形磁鐵和3個傳感器的例的剖視圖，圖22是表示圖13～圖20的形成圓形磁鐵和4個傳感器的例的剖視圖，圖23是表示圖13～圖20的在圓形磁鐵的外部形成3個傳感器的例的剖視圖，圖24是表示圖11的形成條形磁鐵和傳感器的例的剖視圖。
此時，如圖所示，所述磁鐵200由圓形磁鐵210所形成。
所述圓形磁鐵210由中空的圓形磁鐵所形成。
所述磁鐵200是由Sm2Co17所形成。
所述圓形磁鐵210，在內(nèi)部具備3個傳感器A1、A2、A3，且內(nèi)部的3個傳感器A1、A2、A3的檢測范圍各為120°。
所述圓形磁鐵210，在內(nèi)部具備4個傳感器X1、X2、Y1、Y2，且內(nèi)部的4個傳感器X1、X2、Y1、Y2的檢測范圍各為120°。
所述圓形磁鐵210，在外部具備3個傳感器B1、B2、B3，且外部的3個傳感器B1、B2、B3的檢測范圍各為120°。
所述磁鐵200由條形磁鐵220所形成。
所述磁鐵200和所述傳感器300，是通過對所述傳感器300進行ASIC化(Applicable specific integrated circuit，專用集成電路)，將ASIC化后的傳感器與所述磁鐵進行模組化230而形成。
圖25是表示圖21～圖24的形成磁鐵內(nèi)芯片的惠斯登電橋1的例的剖視圖。圖26是表示圖21～圖24的形成磁鐵內(nèi)芯片的惠斯登電橋2的例的剖視圖。圖27是表示圖25及圖26的根據(jù)旋轉(zhuǎn)角的輸出值的曲線圖。圖28是表示圖25及圖26的根據(jù)3個電壓的旋轉(zhuǎn)角的輸出值的曲線圖，圖29是表示為說明本發(fā)明的360°檢測的例的示意圖。圖30是表示用于說明圖22中以4個傳感器形成的情況下的檢測例的示意圖。圖31是表示圖13～圖20的連接有磁化線圈的磁鐵和傳感器的形成例的框圖。
如圖所示，所述芯片230由具備多個可變電阻231～234的惠斯登電橋所形成。
所述惠斯登電橋形成多個，在所述多個惠斯登電橋中，具有一個對于另一個形成規(guī)定角度(例如，45°)的結(jié)構(gòu)，一個惠斯登電橋檢測Sin信號值，另一個惠斯登電橋檢測Cos信號值。
所述傳感器300包括+磁化部(Coll+)和-磁化部(Coll-)，所述+磁化部(Coll+)利用被輸入電流檢測所述傳感器300的最高值，并將所述最高值傳輸?shù)剿龌菟沟请姌?，所?磁化部(Coll-)利用被輸入電流檢測所述傳感器300的最低值，并將所述最低值傳輸?shù)剿龌菟沟请姌颉?br> 所述傳感器300，以可檢測4個極性的磁鐵傳感器配置，從上、下的傳感器輸出Sin信號值，從左、右的傳感器輸出Cos信號值。
所述傳感器300，進一步包括溫度校正結(jié)構(gòu)(未圖示)，所述溫度校正結(jié)構(gòu)在所述傳感器300的位置發(fā)生由于溫度的誤差時可校正由于溫度的誤差發(fā)生。
圖35～圖43是表示圖34的磁鐵和傳感器和軸的多種結(jié)合狀態(tài)的剖視圖。
如圖所示，所述磁鐵200和所述傳感器300具有可插入形成在軸140的孔141的結(jié)構(gòu)，從而維持與所述變位齒輪150連接的軸140平行的水平狀態(tài)。
圖44是圖13～圖20的PCB及其周邊方塊的框圖。
如圖所示，所述顯示控制部410包括多路轉(zhuǎn)換器(MUX)411，所述多路轉(zhuǎn)換器411通過被輸入所述傳感器300輸出的Sin信號值和Cos信號值而進行多路轉(zhuǎn)換；增幅部AMP 412，所述增幅部412將所述多路轉(zhuǎn)換器所多路轉(zhuǎn)換的信號進行增幅；CPU(Control ProcessorUnit)413，所述CPU 413被輸入在所述增幅部412所增幅的信號而校正位相值，將校正后的信號值輸出到所述LCD 120。
所述多路轉(zhuǎn)換器411，由三元多路轉(zhuǎn)換器(3-way multiplexer)所形成。
所述CPU 413，通過被輸入所述增幅部412增幅的信號，并以預(yù)設(shè)的基準值進行溫度校正、磁力校正、磁滯校正。
所述CPU 413通過控制，使得以Cordic算法(cordic algorithm)輸入的Sin信號值和Cos信號值進行處理而顯示旋轉(zhuǎn)值。
以下結(jié)合附圖對通過如上方式形成的本發(fā)明的波爾登壓力計的傳感裝置的操作進行詳細說明。
首先，本發(fā)明通過利用AMR傳感器或霍爾傳感器實現(xiàn)高精確度和低價格的波爾登壓力計。
并且，本發(fā)明是利用AMR傳感器及霍爾傳感器(Hall IC及Hallsensor)開發(fā)高性能的傳感裝置，且同時開發(fā)低價格的產(chǎn)品，如果利用AMR傳感器的情況下在傳感器內(nèi)部以惠斯通電橋(WheatstoneBridge)形成，圓形磁鐵分割為N、S極的2個結(jié)構(gòu)，以磁鐵的中心對稱配置傳感器，并附設(shè)磁化線圈。
對本發(fā)明的這些特點敘述如下。
a)利用3個惠斯通電橋檢測360°； b)通過磁化線圈的基準值設(shè)定，可進行溫度校正、磁力校正、磁滯校正； c)通過多路轉(zhuǎn)換器選擇性增幅傳感器的輸出值，從而降低電子裝置的成本； d)利用霍爾效應(yīng)(Hall effect)的情況下利用4個傳感器檢測360°； e)通過在集成的芯片以ASIC設(shè)定基準值，進行溫度校正、磁力校正、磁滯校正，并且可進行增幅而簡化電路結(jié)構(gòu)； f)為降低磁鐵和傳感器的距離和傾斜偏差，對結(jié)合部位進行最優(yōu)化； g)為進行附加的溫度校正，在裝置內(nèi)設(shè)置發(fā)熱裝置及溫度計； h)為降低波爾登管的機械性磁滯，內(nèi)設(shè)校正程序； i)通過所述傳感器，利用Sin、Cos信號值，以Cordic算法計算而表示旋轉(zhuǎn)角； j)所述壓力計，可通過適用開關(guān)功能、數(shù)據(jù)傳輸功能、控制程序等而擴大使用范圍。
以下參照圖13～圖44對本發(fā)明進行更為詳細的說明。
圖13～圖20是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的波爾登壓力計的傳感裝置的主視圖和側(cè)視圖及各種實施例等的側(cè)視圖。
在圖13～圖20中，附圖標記100表示波爾登壓力計，110是面板，120是LCD(Liquid Crystal Display)，130是指示器(Pointer)，140是軸(Shaft)，150是變位齒輪(Movement Assay)，160是本體(Body)，170是波爾登管(Bourdon Tube)，180是電池(Battery)，190是連接螺釘(Bolt)。并且，200是磁鐵(Magnet)，300是傳感器(Sensor)，400是PCB(Print Circuit Board，印刷電路板)。
并且，圖14是表示在軸140的兩端安裝有磁鐵200和傳感器300的例，用于說明在前端檢測360°，可在后端檢測360°的結(jié)構(gòu)。從而各傳感器300可單獨使用，如使用檢測范圍為180°的傳感器300的情況下，可在兩端運行而檢測360°。
并且，圖15是傳感器300位于PCB 400的反方向的例子，具有可根據(jù)磁鐵200的大小及強度選擇性使用，優(yōu)先適用在波爾登管170填充油的情況。
并且，圖16是表示通常狀態(tài)及穩(wěn)定狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。
并且，圖17是表示在磁鐵200安裝有模擬指示器130，在模擬玻璃窗安裝有傳感器300的結(jié)構(gòu)，可同時顯示模擬及數(shù)字。
并且，圖18～圖20是表示可同時顯示模擬及數(shù)字的方式，軸140的銷穿過磁鐵200，通過傳感器300而穿過PCB400的結(jié)構(gòu)，傳感器300分割配置在PCB上，軸140的銷穿過各傳感器300的重心，或穿過設(shè)置在集成的傳感器300的中央的孔的結(jié)構(gòu)。
并且，圖21～圖40是表示磁鐵和傳感器的形成例的剖視圖。
N、S極磁鐵，在使用圓形磁鐵210或中空圓形磁鐵的情況下，磁鐵內(nèi)部的磁力線性比N、S極的兩級條形磁鐵更穩(wěn)定。特別是中空磁鐵的情況下，可以是受外部的磁力影響更小的結(jié)構(gòu)。
圖21是表示在1個芯片230集成有A1、A2、A3此3個傳感器300的結(jié)構(gòu)，圖13是表示在1個芯片230集成有X1、X2、Y1、Y2此4個傳感器300的結(jié)構(gòu)。
并且，圖21中1個傳感器300檢測120°，A1傳感器和A2傳感器檢測0°以上到120°，A2傳感器和A3傳感器檢測120°以上到240°，A3傳感器和A1傳感器檢測240°以上到360°， 并且，在圖22中X1、X2、Y1、Y2傳感器分為4個區(qū)域，且各檢測90°。
并且，在圖21及圖22中，傳感器300均位于磁鐵200內(nèi)部，以中心點對稱配置，且必須由N極和S極形成。
在圖22中，在磁鐵200的外部設(shè)置有傳感器300，此時磁鐵200的極性，需要2個以上磁鐵200的情況下才能檢測360°。如上所述，將極分割成2極以上的情況下，磁鐵內(nèi)部的磁力根據(jù)極數(shù)的增加而成比例地降低線性。即，表現(xiàn)出低于條形磁鐵的線性。但因為未利用內(nèi)部磁鐵，從而無需考慮內(nèi)部磁力線，因利用外部磁力而對壓力計外部的影響敏感，從而需要建立應(yīng)對外部磁力的保護對策。
圖23是表示利用條形磁鐵220的檢測方式，與圓形磁鐵210相比的情況下磁鐵內(nèi)部的線性更低，旋轉(zhuǎn)運動時發(fā)生旋轉(zhuǎn)力偏差，尤其在矩形的情況下由于重力的作用而增加上升及下降時由磁鐵引起的磁滯。
與條形磁鐵220相比，圓形磁鐵210具有如下優(yōu)點1)內(nèi)部磁力更加穩(wěn)定；2)可降低由于磁鐵的磁滯。就磁鐵的大小來講，檢測能力與磁鐵的大小成比例，但會對旋轉(zhuǎn)體的軸施加負荷而成為發(fā)生誤差的原因。實際測試結(jié)果，作為圓形磁鐵210使用NdFeB類型的直徑6.00mm和厚度2.5mm的情況下，利用霍爾(Hall)效果的傳感器可發(fā)揮優(yōu)秀的性能。
此時，作為磁鐵的種類，考慮到磁力和大小、形狀及價格，優(yōu)選為Sm2Co17，N48與Sm2Co17相比的情況下具有更強的磁力，在磁鐵和傳感器的距離近的情況下，可使用Sprox 11/22p、HF22/15、Neofer55/100p等的磁力相對小的磁鐵，使所述永久磁鐵可穩(wěn)定地確保磁力，也屬于重要的選擇要件。
并且，Sm2Co17磁鐵是由燒結(jié)的釤(Samarium，Sm)和鈷(Cobalt，Co)所形成的磁鐵，特別是溫度穩(wěn)定性和腐蝕防止性很優(yōu)秀的磁鐵。這種釤鈷磁鐵(SmCo magnet)包括SmlCo5磁鐵和Sm2Co17磁鐵，Sm2Co17磁鐵具有很高的iHc值，且與SmlCo5磁鐵相比更加穩(wěn)定。
并且，作為磁鐵可使用NdFeB磁鐵，所述NdFeB磁鐵是通過將細微地粉碎的NdFeB合金(NdFeB Alloy)在電磁場條件下進行壓縮后，通過燒結(jié)、熱處理、加工、充磁等一系列工序而形成。并且，NdFeB磁鐵具有各向異性(anisotropic property)，在壓縮工序時確定其方向性。并且，NdFeB磁鐵在空氣中容易發(fā)生氧化，從而一般先進行表面處理后使用，所使用的表面處理方法有金涂層、鋅涂層、鎳涂層、環(huán)氧涂層等方法，根據(jù)情況也使用多重涂層(Nickel+Copper+Nickel等)方法。
并且，圖25是表示圖21～圖24的磁鐵內(nèi)芯片的惠斯登電橋1的形成例的剖視圖，圖26是表示圖21～圖24的磁鐵內(nèi)的芯片的惠斯登電橋2的形成例的剖視圖。
并且，在AMR傳感器，如圖21所示，形成在1個芯片集成3個傳感器，1個傳感器分別檢測120°的結(jié)構(gòu)的情況下，內(nèi)設(shè)用于設(shè)定基準值的磁化線圈。集成的各傳感器300，如圖25及圖26所示，包括作為形成惠斯登電橋的可變電阻體的4個可變電阻231～234。
霍爾傳感器(Hall sensor)是在1個芯片230集成4個傳感器，利用霍爾傳感器的極性檢測特性，在各2個傳感器利用Sinθ和Cosθ求出旋轉(zhuǎn)角。特別是內(nèi)設(shè)專用集成電路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)來增幅輸出值，可集成用于提高溫度校正、磁滯校正、精確度校正等性能的裝置。
以下對此進行更為詳細的說明。
首先，在AMR傳感器存在4個可變電阻體，從最輸出值V1+和最低輸出值V1-獲得輸出值，信噪比(SNR)與現(xiàn)有技術(shù)1相比高2倍。
利用如下數(shù)學(xué)式1求出圖16的輸出值。
數(shù)學(xué)式1
并且，如圖26所示，將惠斯登電橋旋轉(zhuǎn)45°，利用如下數(shù)學(xué)式2求出輸出值。
數(shù)學(xué)式2
并且，圖27是表示根據(jù)圖25及圖26的旋轉(zhuǎn)角的輸出值的曲線圖。所述圖27表示根據(jù)數(shù)學(xué)式1及數(shù)學(xué)式2的輸出值。
并且，為利用數(shù)學(xué)式1及數(shù)學(xué)式2檢測180°的旋轉(zhuǎn)角，利用Sin值和Cos信號值對數(shù)學(xué)式進行定義，所述定義為如下數(shù)學(xué)式3所示。
數(shù)學(xué)式3
并且，對數(shù)學(xué)式3再次進行定義，所述定義為如下數(shù)學(xué)式4所示。
數(shù)學(xué)式4
其中，Y定義為 為檢測360，利用3個惠斯登電橋從3個值求出3個不同的放大率(amplification ratios)，為求出基于cordic算法的旋轉(zhuǎn)角，定義為如下數(shù)學(xué)式5所示。
數(shù)學(xué)式5
并且，以如下數(shù)學(xué)式6對Ynm進行定義。
數(shù)學(xué)式6
從而，以如下數(shù)學(xué)式7定義平均旋轉(zhuǎn)量α。
數(shù)學(xué)式7
α與實際角度αo發(fā)生誤差，該誤差的發(fā)生是由于基準值Ψo和旋轉(zhuǎn)誤差Δα。
數(shù)學(xué)式8
α＝αo+ψo+Δα 圖28是表示根據(jù)圖25及圖26的3個電壓的旋轉(zhuǎn)角的輸出值的曲線圖，圖20是用于表示根據(jù)本發(fā)明的360°測量的例的示意圖。
在上述數(shù)學(xué)式中，利用惠斯登電橋檢測360°角度。參照圖20，利用磁化線圈對磁力、溫度變化及輸出值的誤差進行校正的更加精密的360°檢測法定義如下。首先定義各符號。
UB，n向傳感器輸入電流 Uan(Icoil+)從Icoil+的輸出值 Uan(Icoil-)從Icoil-的輸出值(bridge n＝1，2，3) 并且，惠斯登電橋(bridge)n＝1，2，3求出平均值，定義為如下化學(xué)式9。
數(shù)學(xué)式9
其中，Uan(n＝1，2，3)是正確的基準值(Offset)。
并且，利用cordic算法從2對輸出值(n，m＝1，2，3；n≠m)求出實際旋轉(zhuǎn)量Wn，m，定義為如下數(shù)學(xué)式10。
數(shù)學(xué)式10
其中，放大率Yn，m為 從所有電橋n求出輸出值差ΔUn，如以下數(shù)學(xué)式11所示。
數(shù)學(xué)式11
ΔUαn＝Uan(Icoil+)-Uan(Icoil-) 并且，通過平均值求出3個Wn，m值。利用所述Wn，m的公式適用于為精確求出旋轉(zhuǎn)量而使用的指數(shù)曲線的低磁滯范圍。
利用3個輸出值Ua，n(n＝1，2，3)以單項式或多項式簡單求出近似值W。利用這種變量的組合(W、ΔU)可求出唯一1個可旋轉(zhuǎn)360°以上的值。
圖30是表示在圖22中以4個傳感器形成的情況下的檢測例的示意圖。
在如圖30所示的集成有4個傳感器的霍爾傳感器的情況下，通過由于磁力而從不同的Y1-Y2值獲得Sin值，從不同X1-X2值獲得Cos信號值，利用Cordic算法以如下數(shù)學(xué)式12從傳感器輸出求得旋轉(zhuǎn)角α。
數(shù)學(xué)式12
其中，ρ表示旋轉(zhuǎn)角的誤差常數(shù)。
并且，Cordic(Coordinate Rotation Digital Computer)算法，是指為計算包括雙曲線函數(shù)或Sin、CoSin、大小和位相(arctangent)的三角函數(shù)的反復(fù)Cordic算法，正切(tangent)值并非通過乘法所獲得，而是通過二進制shift算法所獲得，如上運算方法是為獲得正確的旋轉(zhuǎn)值而使用。這種Cordic算法記載于參考文獻(J.E.Volder的″The CORDIC Trigonometric Computing Technique″為題目的IRI Transaction on Electronic Computers，EC-8，1959，pages 330-334)中。
圖31是表示圖13～圖20的連接有磁化線圈的傳感器的形成例的框圖。
并且，從惠斯登電橋的4個電阻體結(jié)構(gòu)分別求出各1個最高值和最低值。通過所述結(jié)構(gòu)可求出最佳輸出V1。即，能夠使得信噪比(SNR)最佳化。
并且，為穩(wěn)定地檢測360°，必考慮外部變數(shù)(經(jīng)時變化的永久磁鐵的磁力減弱、根據(jù)外部氣體溫度變化的輸出值的變化、磁滯)設(shè)定基準值(Offset)。因此，在每次檢測時利用磁化線圈對這些外部變數(shù)進行校正，從而最優(yōu)化輸出值。
并且，為檢測360°而將至少3個傳感器配置在120°位置并將其集成在1個芯片。并且，在所述3個傳感器上設(shè)置磁化線圈。磁化線圈屬于附加于所述傳感器的。
在集成3個傳感器的情況下，始終輸出3個輸出值。所述3個輸出值為Sin值和Cos信號值，而在特定角度始終有3個輸出值，利用這些輸出值間的比率進行檢測。
并且，在4個傳感器的情況下獲得4個輸出值，如果僅用2個傳感器進行檢測，則根據(jù)區(qū)間(44區(qū)間)選擇性使用各檢測值，因所述傳感器可檢測(Hall effect，霍爾效應(yīng))極性，從而可檢測180°以上的旋轉(zhuǎn)角。所述傳感器由于輸出值太小而需要ASIC化，在進行ASIC化時進行輸出值的校正及增幅計算。
并且，為檢測360°而需要至少3個傳感器。利用所述傳感器的輸出值以Cordic算法(Cordic algorism)求出正確的旋轉(zhuǎn)量。即，在輸出Sin值和Cos信號值的情況下可使用Cordic算法。
并且，通過精密的旋轉(zhuǎn)角檢測來進行傳感器的溫度校正。即，傳感器的輸出值根據(jù)大氣狀態(tài)的溫度變化而變化，為適應(yīng)所述溫度變化，需要對輸出值進行校正。從而，為進行校正而使用磁化線圈。此時，在圖16及圖22中，各4個電阻體引起溫度變化而發(fā)生誤差。上述的誤差，在125℃時的溫度差條件下會導(dǎo)致發(fā)生0.5°的旋轉(zhuǎn)角誤差。為解決這個問題，需要在產(chǎn)品內(nèi)部設(shè)置抗溫裝置，可代表性舉例的有發(fā)熱裝置。即，在將溫度誤差控制在10℃之內(nèi)時，會發(fā)生0.05°旋轉(zhuǎn)角檢測誤差，從而可獲得高性能產(chǎn)品。所述功能的問題是耗電量高，為解決這個問題，優(yōu)選使用外部電力，所述壓力計適用于標準壓力計。
并且，在波爾登管也存在根據(jù)外部氣體溫度的變位誤差。所述誤差根據(jù)波爾登管的材料不同而異，在產(chǎn)品內(nèi)部安裝有溫度傳感器，對波爾登管的溫度變化進行誤差校正。為此，求出根據(jù)溫度變化的波爾登管的基準值并儲存。與電阻體的溫度校正相比，所述誤差校正具有更好的校正效果。
通過所述發(fā)熱裝置及溫度計的安裝而相互作用，來降低波爾登壓力計及傳感器的誤差。
并且，所使用的磁力根據(jù)傳感器的種類而異。為減少輸出值的誤差而提供最適宜的磁力?；菟沟请姌騼?yōu)選1.0mT，也可以使用24mT以上，利用霍爾效應(yīng)(Hall effect)的傳感器的情況下平均使用75mT。并且，由于穩(wěn)定的磁鐵的磁力也經(jīng)時減弱，從而需要實時確定經(jīng)時變化的基準值。并且，磁力在短距離具有明顯的效果，優(yōu)選為旋轉(zhuǎn)時的扭曲較少。
圖32及圖33是表示圖13～圖20的傳感器和磁鐵的距離及對中心點的偏離度的誤差的數(shù)據(jù)及參照圖。
并且，在圖32中，X軸和Y軸的移動是指從中心點的移動，Z軸的距離是指磁鐵和傳感器之間的距離，傾斜是指扭曲。一般情況下，波爾登壓力計的旋轉(zhuǎn)體的直徑為1mm～3mm。在將直徑約10mm的磁鐵對準中心垂直附著時會發(fā)生誤差。
為減少所述誤差而提供如下圖34的結(jié)構(gòu)。
圖34是表示圖13～圖20的與軸連接的磁鐵的形成例的剖視圖，圖35～圖43是表示圖34的磁鐵和傳感器和軸的各種結(jié)合狀態(tài)的剖視圖。
圖35是表示軸140的示意圖，圖36是表示通過本發(fā)明的為將圓形磁鐵210與軸孔141結(jié)合而使用的磁鐵孔201和傳感器300和軸140的結(jié)合例的示意圖。并且，在圖37～圖40中，為使圓形磁鐵210與軸140結(jié)合，揭示有將用于定位磁鐵支持部142及磁鐵的中心點的軸中心孔143，用于固定磁鐵外觀且保護磁力的磁鐵保護部144、用于結(jié)合磁鐵的結(jié)合部145、用于將磁鐵與結(jié)合部145或軸孔141結(jié)合的螺釘191、將磁鐵200和指示器131的結(jié)合而與軸重新結(jié)合的多種例子。
為執(zhí)行上述操作而進行如下步驟。
a)在圓形磁鐵的中央設(shè)置穿孔，根據(jù)需要在穿孔設(shè)置臺階(step)。此時，穿孔與磁鐵表面形成垂直穿過或?qū)蔷€穿過。
b)在旋轉(zhuǎn)體的磁鐵結(jié)合部設(shè)置一臺階(step)以上的軸而與磁鐵結(jié)合?；蛘?，在結(jié)合部的平面上形成2個以上的臺階或形成1個以上結(jié)合銷而結(jié)合，為對此進行補充而設(shè)置支持部的方式結(jié)合。
c)從而，在直徑小的旋轉(zhuǎn)體附著磁鐵時可容易維持一定距離(各臺階決定組裝深度)。并且，穿過的磁鐵的孔和旋轉(zhuǎn)軸的結(jié)合使得Z軸的扭曲(傾斜)趨于最小化。并且，在使用粘合劑組裝的情況下穩(wěn)定性高。
d)可在磁鐵的外徑形成臺階而與旋轉(zhuǎn)體結(jié)合。與此同時在中央形成孔與磁鐵結(jié)合。并且，可另行設(shè)置磁鐵結(jié)合部，從而通過與如上相同的方法結(jié)合磁鐵后，與旋轉(zhuǎn)部結(jié)合。
e)在利用中空的圓形磁鐵的情況下也一樣。中空的圓形磁鐵可阻止外部磁力的影響而防止發(fā)生誤差。
磁鐵的大小及磁力的強度具有傳感器的敏感度和量(level)的關(guān)系，如果磁鐵變得很大，將導(dǎo)致在旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生負荷，使得磁滯增加。因此，根據(jù)需要可在摩擦部位進行潤滑而降低摩擦系數(shù)，為進行潤滑而浸漬于油中使用或進行特氟隆(teflon)涂層等操作。
f)并且，也可以用磁鐵制作軸。使得磁鐵部和軸成為一體。
圖44是表示圖13～圖20的PCB及其周邊方塊的框圖。
其中，PCB400的波爾登管170的磁滯校正是以如下方式進行的。
首先，波爾登管170由于結(jié)構(gòu)原因存在磁滯，變位量根據(jù)外部氣體溫度的變化而有差異。此時，根據(jù)溫度變化的波爾登管170的變位量變化表述如上，結(jié)構(gòu)原因?qū)е碌拇艤殖缮仙龝r最大分解能，將這些值與標準壓力計相比較而進行誤差校正。特別是為了耐久性，根據(jù)需要進行誤差校正。即，在3萬次之后指定磁滯的情況下，在決定初期校正值時，誤差量如果為+3則不適用-3而適用-4，從而初期值輸出-1的值，之后3使用3萬次之后進行檢測而校正為顯示+1的值。
并且，將標準壓力計和波爾登數(shù)字壓力計設(shè)置在相同線路，并施加壓力且通過電腦比較各輸出值?？筛鶕?jù)所述比較結(jié)果來確認波爾登管的機械磁滯，為校正程序的開發(fā)提供基礎(chǔ)資料。并且，用于確認耐久性，例如以100次為單位獲得輸出值而進行比較，可以確認根據(jù)使用量的誤差，從而可進行多重校正程序。即，進行自動設(shè)定，從而在計算使用次數(shù)而在使用一定時間后使得自動進行2次校正程序。
并且，PCB 400在接受傳感器300的輸出值而進行增幅的情況下，對3個傳感器300使用3個增幅器或使用1個多路轉(zhuǎn)換器411而可進行選擇性增幅。在對此進行ASIC化的情況下可將上述所有集成在芯片內(nèi)。
并且，在進行磁鐵200和傳感器300的配置時，需要注意中心點的設(shè)定。即，3個傳感器集成在1個芯片，或4個傳感器集成在1個芯片的情況下，3個傳感器是以原點為中心以120°對稱分割，4個傳感器是以原點為中心以90°對稱分割。在如上分割的情況下，磁鐵的原點位于上述傳感器的對稱分割的重心處。即，三角形或四角形的重心與磁鐵的重心一致。重心的偏離表示誤差的發(fā)生。
如上所述，本發(fā)明利用AMR傳感器或霍爾傳感器來實現(xiàn)高精確度和低價格的波爾登壓力計。
產(chǎn)業(yè)上可利用性 如上所述，本發(fā)明的波爾登壓力計的傳感裝置，通過利用AMR傳感器或霍爾傳感器來實現(xiàn)高精確度和低價格的波爾登壓力計。
以下對本發(fā)明的效果進行更為詳細的說明。
第一、從AMR/Hall傳感器的特性上考慮，開發(fā)出高精確度(Accuracy)的傳感器，集成3個以上傳感器，并從所集成的各傳感器求出Sin信號值、Cos信號值，通過Cordic算法求出360°或360°以上的旋轉(zhuǎn)角。
第二、為了利用AMR的惠斯登電橋求出更高信噪比而開發(fā)出傳感裝置，如圖22所示，輸出值V1以從最大電阻值減去最小電阻值來體現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)1相比獲得信噪比(SNR)高2倍以上的效果。
第三、利用磁化線圈實時求出基準值，對從溫度、磁力變化等的使用環(huán)境的變化而發(fā)生的輸出值的誤差進行校正。特別是，具有在每次檢測時對溫度及磁力進行基準值的再設(shè)定、可實時求出最大值和最小值的優(yōu)點。如上所述的利用磁化線圈的基準值設(shè)定，對根據(jù)溫度變化的溫度偏差進行以實時最新值的基準值設(shè)定，也對經(jīng)時及外部影響所引起的磁力變化進行以實時最新值的基準值設(shè)定，從而實現(xiàn)高性能的旋轉(zhuǎn)角檢測傳感裝置。
第四、在機械部的磁鐵安裝部設(shè)置1個上的臺階，具有穩(wěn)定化磁鐵和傳感器的距離，使傳感器和磁鐵的傾斜趨于最小化，進而減少誤差而開發(fā)出優(yōu)秀傳感裝置的效果。在圖32表示根據(jù)傳感器和磁鐵間距離及中心點的變位度(deviation)的誤差的數(shù)據(jù)，在圖32中z軸的傾斜很重要。即，由于傳感器的磁鐵不平衡而發(fā)生的磁力變化，導(dǎo)致在檢測中發(fā)生各種誤差，從而需要在驅(qū)動部設(shè)置磁鐵而使驅(qū)動穩(wěn)定。
第五、將為校正波爾登管的機械誤差(磁滯)的程序輸入計算裝置(CPU)，從而具有開發(fā)精確度高的傳感器的效果。為此，傳感器的分辨能力(resolution capacity)很重要，如要檢測0.05°，則需要與標識有順時針方向7200刻度(step)、逆時針方向7200刻度的標準壓力計進行比較而進行校正后以程序儲存。此時，在按順時針方向及逆時針方向旋轉(zhuǎn)的情況下，不僅具有機械部(波爾登管)的磁滯，在傳感器也發(fā)生磁滯，從而需要在集成后進行ASIC化時對傳感器的磁滯進行校正或Cordic算法時進行校正。
第六、從惠斯登電橋獲得最高輸出值和最低輸出值，通過多路轉(zhuǎn)換器進行增幅，可將增幅部的數(shù)量減少2個而設(shè)置PCB，具有實現(xiàn)低價的效果。如使用4個集成的傳感器的情況下使用4元多路轉(zhuǎn)換器，如果在1個芯片集成傳感器后進行ASIC化，會使得費用更加低廉，在芯片內(nèi)部集成MUX、AMP、Filter、CPU等而具有優(yōu)秀的輸出值，使基板設(shè)計簡單，從而減少費用。
第七、在裝置內(nèi)部具備溫度校正裝置，從而具有校正溫差的效果?；菟沟请姌虻目勺冸娮梵w和溫度系數(shù)的振幅大致相同。但是，可變電阻體和電流值之間的Sin信號值，通過Cordic算法(arc tagent，反正切)計算旋轉(zhuǎn)角時，溫度效果會相抵消。從基準值獲得的溫度系數(shù)值為更重要的溫度效果因素，通過在惠斯登電橋形成的4個可變電阻體運行中所發(fā)生的可變電阻體的細微溫差所發(fā)生。這幾乎不能抵消，根據(jù)實測結(jié)果，在125℃的溫度偏差(Δ125℃)的旋轉(zhuǎn)值的誤差約為0.5°。為對此進行校正，而設(shè)置溫度校正裝置，從而保證溫度效果。
由于在不偏離本發(fā)明的實質(zhì)或本質(zhì)特征的條件下可以以幾種其它的形式實施本發(fā)明，也應(yīng)當理解，除非另有說明，上述的例子不受前面說明的任何細節(jié)的限制，而是應(yīng)當在附加的權(quán)利要求定義的實質(zhì)和范圍內(nèi)廣義地解釋，因此，所有落入權(quán)利要求書的集合和界線內(nèi)的變化和修改或其等同物都應(yīng)被包括在權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1、一種波爾登壓力計的傳感裝置，其中所述波爾登壓力計包括波爾登管，所述波爾登管設(shè)置在一本體上并通過壓力膨脹；變位齒輪，所述變位齒輪與所述波爾登管的的一端連接，將波爾登管的變位量轉(zhuǎn)換為圓形運動，且呈漩渦狀或螺旋狀；軸，該軸設(shè)置在所述本體上且與所述變位齒輪連接并旋轉(zhuǎn)；LCD，所述LCD檢測所述軸的旋轉(zhuǎn)值并顯示檢測值；所述波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述波爾登壓力計的傳感裝置包括
磁鐵，所述磁鐵具有N極和S極，所述磁鐵設(shè)置在軸兩端中的一端上，所述軸與所述變位齒輪連接并旋轉(zhuǎn)；
傳感部，所述傳感部設(shè)置在所述本體的對應(yīng)于所述磁鐵的部分，且設(shè)置在圓的方向上的至少3個位置上，并且包括AMR傳感器或霍爾傳感器，用以檢測所述磁鐵的旋轉(zhuǎn)值；以及
顯示控制部，所述顯示控制部接受由所述傳感部的傳感器輸出的位相信號值中的Sin信號值和Cos信號值，校正位相值，并將校正后的信號值輸出到LCD。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述軸旋轉(zhuǎn)360度。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述軸的銷穿過所述磁鐵，并且經(jīng)由所述傳感器穿過PCB，所述PCB形成顯示控制單元，所述傳感器設(shè)置在所述PCB上的多個部分上，從而所述軸的銷穿過所述傳感器的重心或穿過在集成的所述傳感器的中央形成的孔。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述磁鐵由圓形磁鐵所形成。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述圓形磁鐵是中空的圓形磁鐵。
6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述磁鐵是由Sm2Co17所形成。
7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述圓形磁鐵，在其內(nèi)部設(shè)置3個傳感器，且所述3個傳感器中的每一個的檢測范圍各為120°。
8、根據(jù)權(quán)利要求5所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述圓形磁鐵，在其內(nèi)部設(shè)置4個傳感器，且所述4個傳感器中的每一個的檢測范圍各為90°。
9、根據(jù)權(quán)利要求5所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述圓形磁鐵，在其外部設(shè)置3個傳感器，且外部的所述3個傳感器中的每一個的檢測范圍各為120°。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述磁鐵由條形磁鐵所形成。
11、根據(jù)權(quán)利要求1所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于在所述磁鐵和所述傳感器中，所述傳感器在ASIC中形成，并且所述ASIC傳感器與所述磁鐵進行模組化而形成。
12、根據(jù)權(quán)利要求11所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述芯片由具備多個可變電阻的惠斯登電橋所形成。
13、根據(jù)權(quán)利要求12所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述惠斯登電橋被設(shè)置多個，所述惠斯登電橋中的一個電橋相對于另一個傾斜規(guī)定角度，一個惠斯登電橋檢測Sin信號值，另一個惠斯登電橋檢測Cos信號值。
14、根據(jù)權(quán)利要求12所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述傳感器包括+磁化線圈和-磁化線圈，所述+磁化線圈接收電流和檢測所述傳感器的最高值并將所述最高值傳輸?shù)剿龌菟沟请姌?，所?磁化線圈接收電流和檢測所述傳感器的最低值，并將所述最低值傳輸?shù)剿龌菟沟请姌颉?br> 15、根據(jù)權(quán)利要求1所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述傳感器圍繞所述磁鐵的旋轉(zhuǎn)中心分別設(shè)置在上側(cè)、下側(cè)、左側(cè)和右側(cè)，從上、下的傳感器輸出Sin信號值，從左、右的傳感器輸出Cos信號值。
16、根據(jù)權(quán)利要求1所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述傳感器進一步包括溫度校正結(jié)構(gòu)，當由于所述傳感器的位置發(fā)生溫度誤差時可通過所述溫度校正結(jié)構(gòu)校正溫度誤差。
17、根據(jù)權(quán)利要求1所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述磁鐵和所述傳感器被插入形成在所述軸上的孔中，從而維持與所述變位齒輪連接的軸平行。
18、根據(jù)權(quán)利要求1～17項中任一項所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述顯示控制部包括
多路轉(zhuǎn)換器，所述多路轉(zhuǎn)換器接收來自所述傳感器的Sin信號值和Cos信號值，并多路轉(zhuǎn)換所述信號值；
增幅部，所述增幅部增幅由所述多路轉(zhuǎn)換器多路轉(zhuǎn)換的信號；和
CPU，所述CPU接收由所述增幅部所增幅的信號，校正位相值并將校正后的信號值輸出到LCD。
19、根據(jù)權(quán)利要求18所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述多路轉(zhuǎn)換器由三元多路轉(zhuǎn)換器所形成。
20、根據(jù)權(quán)利要求18所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述CPU接收由所述增幅部所增幅的信號并基于設(shè)定的基準值進行溫度校正、磁力校正、磁滯校正。
21、根據(jù)權(quán)利要求18所述的波爾登壓力計的傳感裝置，其特征在于所述CPU基于Cordic算法處理Sin信號值和Cos信號值并且控制所述旋轉(zhuǎn)值的顯示。
全文摘要
本發(fā)明公開一種波爾登壓力計的傳感裝置，其中所述波爾登壓力計包括波爾登管，所述波爾登管通過壓力膨脹；變位齒輪，所述變位齒輪與所述波爾登管的端部連接，將波爾登管的變位量轉(zhuǎn)換為圓形運動，且呈漩渦狀或螺旋狀；LCD，所述LCD檢測根據(jù)所述變位齒輪的旋轉(zhuǎn)值，并顯示所述檢測值，所述波爾登壓力計的傳感裝置，包括磁鐵，所述磁鐵具有N極和S極，所述磁鐵設(shè)置在軸的旋轉(zhuǎn)中心，所述軸可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在本體且與所述變位齒輪連接而旋轉(zhuǎn)；傳感部，所述傳感部設(shè)置在與所述磁鐵的一面對應(yīng)的所述本體，分割設(shè)置在從所述磁鐵的中心到圓周面上的至少3個以上位置，且包括AMR傳感器或霍爾傳感器；顯示控制部，所述顯示控制部被輸入由所述傳感部的傳感器輸出的位相信號值中的Sin信號值和Cos信號值而校正位相值后，將校正后的信號值輸出到LCD。本發(fā)明的波爾登壓力計的傳感裝置，通過AMR傳感器或霍爾傳感器來實現(xiàn)高精確度和低價格的波爾登壓力計。
文檔編號G01L7/02GK101443641SQ200780017642
公開日2009年5月27日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月15日
發(fā)明者李德在 申請人:美達凱姆株式會社