专利名称:表控电子开关的制作方法
本发明涉及光控开关与指针式仪表的结合。
光控开关是电子技术中的自动开关，通常由光源、被该光源照耀的光敏件、电信号处理器及输出端等部份构成。其中，光敏件可以是光敏管、光敏电阻、光电池诸传感器之一，它的功用是将照耀它的光的不同照度变成相应的不同电信号。该电信号经过电信号处理器处理之后，再从输出端输出所需要的不同信号。当作自动开关使用时，光敏件上从光源取得的照度A只要求有两个不同的值，一个值大叫A大，一个值小叫A小，但这两个值必须分别对应着输出端的“开”功能与“关”功能，或者恰相反。本发明所要求的A大对应着光照(即透光)，A小对应着遮光。以上光控开关的应用面不宽。
还有一个指针式仪表，它测量某种信息量时以指针的偏转刻度或者位移刻度显示读数。该信息量可以从外界吸收，如重量、压强、电压等，也可以由一定装置产生，如机械钟的有规则运转产生的“时间”信息等。到今天，由于历史上曾经有许多人着力于研制这类仪表，故其种类相当多，其显示读数的方法也不完全相同。其中一种显示法是把指针安装在转轴上，当指针偏转时，它的偏转平面与刻度盘平面平行、且二平面之间的距离很小，这类仪表甚多，包括常见台秤、气压表、水表、电流表、万用表、机械钟、以及在化学仪器分析中使用的电导仪等等;其次，也有另一种指针显示法，干脆不把指针装在转轴上，而是让它沿着刻度盘平面平移，这类仪表如弹簧秤及一些常见的自动记录仪表等等。总之，不论这些显示有何细微区别，它们本质上都属于以指针移过的刻度显示读数。这类统称为指针显示读数的仪表，虽然其灵敏度、精确度及显示的速度均受到机械结构的限制，但由于其直观性好，成本低，符合常规的一级近似要求，以及易于被普通技工理解。制作与应用，故到了新技术革命的今天它们仍然在实践中大量使用着。不过，很可惜，因其只有测读信息量的功能，没有操作机器运转及控制信息量改变方向的控制功能，故在当今自动化的现场它还只能消极地旁观，而不能积极地进行干预。
上述两种装置(即光控开关与指针式仪表)，迄止中国专利申请85203679提出之前(该申请是笔者于1985年8月31日向中国专利局提出的)，还没有发现有人将它们的功能紧密地结合成一体。在85203679中虽然已经遇到本申请所述的内容，但那份申请没有涉及本申请所阐述的广泛的应用侧面，因此在那里许多重要内容就未曾提及，本发明专利申请正是为弥补85203679的这种遗漏而撰写的。
本发明的目的是通过光控开关与指针式仪表的有机结合，进一步扩大指针式仪表的使用功能，使其不仅能记录信息量，而且能按信息量的变化特点及时地控制相应的机构运转，以达到扭转信息变化趋势的目的，或其他自控目的。
本发明是这样实现的光控开关与指针式仪表的结合(该结合实体笔者统称为“表控电子子开关”，简称表开关)主要通过三个部件实现，它们是光控开关的传感器一光敏件U;与U保持固定距离d及相对状态的光源-小灯ZD，这里，d＜do，而do之值刚好使ZD照耀U的照度等于A大;介于U、ZD之间，能够且只能够对U、ZD间的光线作垂直切割运动或者准垂直切割运动的薄片L。三部件中，L最特别，它直接取代仪表的指针安装在转轴上或者平移支架上，测量时L也像原指针一样偏转或者平移。具体说，L还有如下特征(1)L重量轻，它基本上等于原指针的重量。这一要求保证了改装前后表芯的灵敏度很接近。(2)L很薄但其形状在使用中却又不能产生变形或者变形甚微，使得不因变形而造成运动L与别的物件相碰撞。(3)L能够遮断光线。它的外轮廓及其上的漏光洞(即空隙)直接关系到它偏转或者平移至什么读数区域时遮光或者透光，因此，裁其外轮廓。挖其漏光洞时必须根据制作者对其遮光(或者透光)区域的数据要求确定。当然，对L上不影响遮、透光功能的部份是可以任意增(如点焊锡、涂漆等)或者减(如挖孔、剪边等)的，但在具体实施时，焊、涂、挖、剪也得考虑L的总重量及外观的美。为了更形象地说明L形状对遮光(或者透光)区域影响的情况，图1给出了L的两种常用的裁、挖图案。在图1里，我们假定U在绘图纸下面，ZD正对着U在绘图纸上面，ZD照耀U的光线穿过绘图纸上画有
的位置，而且
在绘图纸上位置不动。
当中的竖线表示光线穿越绘图纸的准确位置。此外又假定薄片L正切割U、ZD间的光线
按箭头方向在绘图纸平面内平移或者偏转。于是，根据图1上所绘制的刻度盘，我们立即就能计算出来若ZD、L、U三者的“结合”方法属于图1a，则L上顶替指针记录读数的专用记号J指在[7.6～8.0]区域时，空隙K1对准
，J指在[8.8～9.4]时，空隙K2对准
，因此，J指在上述两区域时，U受到ZD光照，若K2以后再无空隙K3，则J指在其余区域U均被遮光。
除图1a外，图1b也是L可能常用的形状，其遮透光区域为J指在[2.6～3.4]时U被遮光，其余区域透光。
具体实施时，与图1a。或者图1b。类似的裁挖方式也会很多，本说明不再列举。有一种情况与上述情况略有差别，我们画在图2，图2与图1的区别在于L上没有涂专用记号J而是直接绘制刻度，相反，却把专用于指示刻度的记号J涂在原绘刻度的板上，即画刻度与涂J位置互换。这种方法在以机械钟为基础改装的“表控电子开关”中使用较方便(如制造体育比赛自动记时的开关，制造学校的自动作息铃开关等)。至于每次升(或关)的时限长短，可以通过两法解决其一，可以在ZD与U之间运用两张薄片L1与L2，L1裁挖时针信息，L2裁挖分针信息;其二，也可以仍只有一张L介于ZD与U之间，而在光控开关的输出端再加一级延时线路。
以上关于L遮光、透光特征的描述，在本申请的“权利要求
书”中已用权利要求
1的(b)。(d)两条内容进行了概括。为了获得权利要求
1的(a)。(C)《一》所述的特征，实施本发明时可以采取下述措施其一，如前文所述，选择L时，使其可能发生的变形甚微，这可由选择硬质金属片解决;其二，安装L时，使它尽可能对ZD。U间的光线作垂直切割运动，且让ZD。U关于L的切割面对称;最后，在决定ZD与U的间距d的值时，在满足d＜do的条件下将d值选大一些。这三项措施的兼搭运用就能有效地作到在J的测读区域里L的运转不与外物相碰撞了。当然，人为设置的对L的两个极端位置(J指最大位移与指最小位移)的阻挡物应除外。
关于do值这里说明一下。do值实际要由选取什么光控开关线路，该线路各元件如何选取，这些元件(尤其是U与ZD)的相对状态如何，以及实际供电情况怎样等许多因素共同决定。本发明提出的光控开关线路，见图3，具有较高灵敏度，若其中各元件按表1选取，则do之值不小于5厘米。但安装U与ZD时，应使U处于ZD光通量最大的立体角内，且照射U的光线接近垂直入射。能适合要求的光控开关线路及元件选择方式也很多，本说明不再罗列了。
为了避免外界散射光对光控开关的干扰，在制作“表控电子开关”的外壳时应一方面考虑到观看J的读数方便，另一方面又兼顾到对U进行遮光的要求，因此，外壳上哪些部位应安装玻璃，哪些部位应使用不透光的塑料或金属片均得仔细设计，这一要求不难实现，本说明不多重复了。
按以上制法做成的“表控电子开关”，其测读的灵敏度与原表芯可能有一些小的差别。这差别可通过调节表芯灵敏度的微调部件校准。这类微调部件种类也很多，其中有通过调节游丝弹力的，也有通过调节有关电阻值或者电位器的，等等。
不可否认，由于L本身的重量不可能太小，故上述方法对一些灵敏度很高的电表，如以光点在刻度上的移动显示读数的灵敏检流计等，“表控电子开关”就很难直接以仪表芯为改装的基础进行实施。但是，这类以微弱的电信号作为信息原动力的高灵敏性仪表，大多可以由预先放大微弱电信号，然后再将放大后的较强电信号输入到另一灵敏度不太高的指针式电表去顶替测试。而后者是可以做成“表控电子开关”的。例如，化学仪器分析中用的比色计就可以用此法实施。放大弱电信号以分差直流放大器实施较好。这一步骤的实施，对以传感器作测试前沿探头的指针式电表颇为重要，它将广泛打开“表控电子开关”的应用领域。
“表控电子开关”装成后，不论它装配时是否分主。附机安装，显然具有以下优点(1)功能上，它既可测读某种信息量，又可在被测区域的某些部份输出“开”信号(或者“关”信号)，后一功能正是进行自动控制的“指令”。(2)性能上，由于它采用的是无触头自动开关，因而具有无触头开关的全部优点。(3)又因它的自动控制的核心部件是指针式仪表，故它的自动控功能与操作者之间不需要深奥的番译(或叫“直观性好”)。此外，成本低，符合一级近似的常规测试要求，普通技工易学，易制作。易运用等，也都是它的优点。从应用角度看，“表控电子开关”不仅为大量指针式仪表扩大了功能，使其生命力增强，而且也为新技术革命的自动化技术提供了一类新成员，而该成员因自身的随机性能好及部件种类多会使自动化技术迅速普及。
作为实施例子，我们以“电导仪”改装“电导仪表控电子开关”(简称“电导表开关”)的步骤描述一下某些细节。
假定我们选用的电导仪具有以下条件(1)表芯灵敏度不很高，是一个满度值为1毫安的电流表。(2)总表灵敏度是由一个电位器W调节的，当W调至电阻值最小端时，总表(包括表芯与调灵敏度的附件)的灵敏度为电阻值调至最大时的100倍。(通常把这一灵敏度的改变称作“换量程”。)(3)被测电导量在进入总表之前已预先由分差直流放大器放大过，因此可以对微弱的电导改变量显示读数(4)电导电极符合测试要求。符合这些条件的电导仪示意图已在图4中画出。
我们现在的目标是将上述电导仪改装成这样的“电导表开关”它只有一个简单的“开”区域和另一个“关”区域，具体说，是当J指在区域[O，M]时，(即读数小于M时)，L透光;相反，J指在其余[M，1mA]区域(即读数大于M时)L则要遮光。这里M是区域[O，1mA]里某一常量。若L的几何形状已按图5裁挖好，则有M＝0.94mA。实施“电导表开关”时，假定我们仍然使用图3的光控开关线路与表1各元件。因此，在这个“电导表开关”的输出端将输出这样的“开”信号当J指在大于M的区域时，在输出端可以有11伏电压及不超过100毫安的电流同时输出。若J指在其余小于M的区域，则输出端的输出就会小于0.1伏又小于0.1毫安了。这就是对应的“关”信号。若输出端接的外负荷选用继电器，由查资料得知，SRM4.500.024的线包电阻为220Ω，吸合电流≤45mA。由此推知线包吸合电压应为220Ω×45mA≈10伏，因此，只要与线包再串联一个22Ω的电阻之后即可接至“电导表开关”的输出端了。负荷当然不限于继电器一种，其他负荷如放大器，动作机构，显示机构，等等都可配接。
电导仪一般用来测量含离子的溶液的总浓度。若浓度正处于稀释或者浓缩的过程中，“电导表开关”就可以在其恰到所需浓度的分界值CM时(CM是与M相对应的浓度)，立即“指令”相应的动作机构采取断然行动，达到扭转继续变稀或者变浓的方向。浓度CM就是所需要控制的临界信息量。
又，因上述M的值及M所对应的CM的值，是由确定总表灵敏度的电位器W的调节决定的，因此，上述“电导表开关”所能控制的浓度CM也是可由W调定的。W所能控制的浓度的真值可以标刻在调W的定向旋扭的周围。标定该浓度的数值时可按化学上常用的标准曲线法进行。若嫌W所调定的浓度区域太窄，还可通过改换电导电极与改换分差直流放大器继续扩大之。
以上关于“电导表开关”的制作法显然也适用于其他指针式电表及以指针式电表作表芯的综合仪表。电导仪就是以电导电极作传感器的一种综合仪表。用其他传感器作前沿探头，同样以指针式电表作表芯的其他所有综合仪表当然也可如法炮制，不论该综合仪表所用的传感器是热敏的、光敏的、磁敏的、声敏的、气敏的，还是别的什么敏感件均可。
最后把图3光控线路各元件的主要参数介绍如下E12V;
U选2CU，VRM＞15V;
ZD6.3V、0.1A;
R795Ω～110Ω，2W;
R5300KΩ～510KΩ，1/8W;
R＊6300KΩ～2MΩ，1/8W;
R1300KΩ～500KΩ，1/8W;
R220KΩ～30KΩ，1/8W;
R32KΩ～3KΩ，1/8W;
R＊4500Ω～2KΩ，0.5W;
BG1Iceo＜0.01μA，β1＝40～60，BVceo＞15V;
BG2Iceo＜0.1μA，β2＝40～60，BVceo＞15V;
BG3Iceo＜1μA，β3＝40～60，BVceo＞15V;
BG4Iceo＜1μA，β4＝40～60，BVceo＞15V;
BG5Iceo＜1μA，β5≥20，BVceo＞15V;
Icm＞β5·E1/R＊4;
2CN1A～5A。
权利要求
1.一个仪表，该表有一个显示被测信息量读数的表针；一个光控开关，该开关的光敏件U与照耀U的光源ZD之间有一段短距离d，本发明的特征是上述仪表与光控开关装入同一表壳之内，并且包含了下列内容a、仪表原表针拆去了，用一张遮光材料做的薄片L安装到该表针原来所在的转轴上或者平移支架上。b、L上涂有专用记号J，J代替原表针在刻度盘上指示被测信息量的读数；或者，绘涂时将绘刻度与涂J的位置互换一下。c、U与ZD分别固定到L偏转面或者位移面的两侧，且《一》表开关工作时，L的运动只切割U、ZD间的光线，决不与U、ZD及其它物件相碰撞；《二》U、ZD的间距d＜d0。d、L的外形、L上的空隙根据对遮透光区域的要求裁、挖定型。e、表壳特点《一》面板玻璃部份可供观看J的测读数，其余不透光部份可使表壳外的光对U的照度小到可以忽略(与ZD对U的照度相比)；《二》表壳上有三组外接端口头组接口是输入端，被测信息量由此接入或者产生信息量的物件(如时钟的发条旋扭等)在此装上；第二组是电源端，表开关工作所需电源由此接入；第三组是输出端，外接负荷。
2.权利要求
1所述的表开关，其特征是L的裁挖结果使得在J的整个读数区间里，当J＜M时，L遮光，其余区间L则透光;或者遮透光的区域恰相反。这里，M是J的读数区间里某一确定不变的常量。
3.权利要求
2所述的表开关，其特征是原仪表的灵敏度是可调的，调节器装在表开关之内或者在紧贴表开关的“邻近”作为单件行使功能。人的肉眼可见的距离区域视作“邻近”区域。
4.权利要求
3所述的表开关，其特征是灵敏度的调节通过电位器实施，是连续的。
5.权利要求
1所述的表开关，其区别是表开关分为主机与附机安装，其中，主机只包含原仪表的表芯及L、U、ZD，附机包含其余元、配件。
6.权利要求
2所述的表开关，其区别是表开关分为主机与附机安装，其中，主机只包含原仪表的表芯及L、U、ZD，附机包含其余元、配件。
7.权利要求
6所述的表开关，其特征是原仪表的灵敏度是可调的。
8.权利要求
7所述的表开关，其特征是灵敏度的调节通过电位器实施，是连续的。
专利摘要
表控电子开关是指针式仪表直接控制的、无触点的自动开关。外形似仪表，表针被涂有专用记号的薄片取代。测读时，薄片移动，专用记号指示读数。开关的自动功能由表内光控线路实现。光控线路的光敏件与照耀光敏件的光源间有一段固定不变的距离。薄片移动是从光源与光敏件之间切割光线而过的。薄片形状按用户对开(或关)区域的数据要求确定。该开关在指针式仪表能测量的领域作自动控制用。
文档编号H03K17/94GK86101221SQ86101221
公开日1987年9月9日 申请日期1986年2月24日
发明者杨荣合 申请人:杨荣合导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan