專利名稱：非線性函數(shù)關(guān)系的機械儀表的表盤面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非線性函數(shù)關(guān)系的機械儀表的表盤面，適用于諸如無級變速機示速表的表盤面。
背景技術(shù)：
在用儀表—表針表示法來揭示一個函數(shù)關(guān)系的儀表結(jié)構(gòu)中，按照傳統(tǒng)的制造方法，對非線性關(guān)系的函數(shù)，采用單指針、單刻度表示法，而無法象鐘表那樣采用雙指針、雙刻度表示，使讀數(shù)精度和示數(shù)分辨率成十倍乃至數(shù)十倍地增加。為克服單指針、單刻度表示法的儀表表盤的缺陷，本申請人曾發(fā)明一種“雙刻度計算式讀數(shù)表面”，以下簡稱“計算式表盤面”，成功地把雙指針、雙刻度表示方法首次應(yīng)用到非線性函數(shù)關(guān)系的機械儀表的表盤面表示中，獲得高精度的儀表示數(shù)效果。
圖1所示的是計算式表盤面的一種應(yīng)用實例，即一種無級變速機示速表上用的表盤面。該示速表是應(yīng)用在規(guī)格為功率為0.75～1.1kw，速度調(diào)節(jié)范圍為200～1000轉(zhuǎn)/分，調(diào)速比為5，全程螺桿調(diào)節(jié)圈數(shù)為19圈的無級變速機輸出轉(zhuǎn)速指示表。
計算式表盤面結(jié)構(gòu)及使用方法如下表盤面被劃分出等角度的19格，定名為19個區(qū)間，分別標注以200、231、263、296、……889、943、1000等20個數(shù)據(jù)，稱為“區(qū)間值”。當(dāng)調(diào)節(jié)鏍桿(與長針同步)從200位置開始旋轉(zhuǎn)完第一圈、第二圈、第三圈…時，短針分別指準231、263、296位置等等，表示其工作機即時輸出轉(zhuǎn)速分別為231、263、296、……，同時長針即轉(zhuǎn)第一圈、第二圈、…。短針移動一格，長針轉(zhuǎn)一圈。表盤面上，在每兩個區(qū)間值之間填以該兩數(shù)的差值31、32、33、34、…稱為“區(qū)間差”，分別表示調(diào)節(jié)螺桿每轉(zhuǎn)動一圈，其工作機的輸出轉(zhuǎn)速增量。顯然，該差值系列顯示非均勻遞增狀態(tài)，表示工作機的螺桿調(diào)節(jié)圈數(shù)增量與其輸出轉(zhuǎn)速增量之比值呈非線性函數(shù)關(guān)系(與鐘表不同)。
為求得工作機的即時輸出轉(zhuǎn)速的準確值，制作者在表盤面上最外圈增設(shè)了一個刻度圈，圈上均布0-9十個數(shù)據(jù)及相應(yīng)的刻度線，稱修正系數(shù)，有效計算值為指示值×0.1。
至此，圖1指針所示的無級變速機即時輸出轉(zhuǎn)速值，按下式計算(口算)便可得438+39×0.68＝438+26.5＝464.5(r/min)計算說明計算式中，“438”為區(qū)間值；“39”為“區(qū)間差”；“0.68”為修正系數(shù)，由6.8(長針所指外圈刻度)×0.1而得，其函義為一圈的0.68倍；“39×0.68”為修正值。
顯然，計算式表盤面對函數(shù)數(shù)據(jù)處理方法，實際上是把原來的單調(diào)遞增、連續(xù)、圓滑的非線性函數(shù)曲線(原函數(shù)曲線)，簡化為由有限個(本例是19個)直線段首尾相接而成的折線型曲線(稱“簡化曲線”)“區(qū)間值”為原函數(shù)的真值(駐點)，“區(qū)間差”值即為相對應(yīng)直線段(線性函數(shù))的“斜率指數(shù)”。
按設(shè)計的理論計算，計算式表盤面由于原函數(shù)表達式被替代而產(chǎn)生的設(shè)計誤差是0.0005。示速表與工作機匹配使用，其示速誤差界可達到2％以下，示數(shù)精度高。在機械儀表制造行業(yè)中，用雙指針示數(shù)加一次簡單的乘法計算來揭示一個非線性函數(shù)關(guān)系曲線，并達到0.5％以下的讀數(shù)分辨率，屬首創(chuàng)。
使用中反饋的問題是在實際操作時，該儀表讀數(shù)是通過“乘法”與“加法”的雙重計算而獲得的，這個“計算程序”增加了整個“讀數(shù)過程”的復(fù)雜程度，讓操作者感到不便。例如在一些對運轉(zhuǎn)速度精度控制要求不是很高的工況中(高精度變頻調(diào)速電機的調(diào)速精度是3％)；以及氣氛緊張，每耽擱一秒鐘都會增加緊迫感的操作條件下，這個“不方便”的感覺就顯得突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種不需要“乘法”計算步驟，可直接讀數(shù)的非線性函數(shù)關(guān)系的機械儀表的表盤面，以克服上述計算式表盤面存在的缺陷，同時又要滿足用戶的使用精度要求。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的非線性函數(shù)關(guān)系的機械儀表的表盤面構(gòu)成是同軸雙指針結(jié)構(gòu)，包括一個區(qū)間值系列刻度圈和若干個平衡值刻度圈。區(qū)間值刻度圈，按特定技術(shù)指標要求劃分為若干區(qū)間段，并用不同的顏色或其他識別標識相區(qū)別；平衡值刻度圈設(shè)置的個數(shù)與區(qū)間值系列刻度圈區(qū)間劃分的段數(shù)相等，其排列次序與識別標識與劃分的區(qū)間段一一對應(yīng)，平衡值刻度圈的刻度跨度值相當(dāng)于計算式表盤面“簡化曲線”中的區(qū)間差，其作用是替代該區(qū)間段中的每一個區(qū)間差即“斜率指數(shù)”；表盤面上的短針指示區(qū)間值，長針指示與所在區(qū)間段相對應(yīng)的平衡值刻度圈內(nèi)的刻度值(修正值)，將該區(qū)間值與修正值相加，即為儀表示值讀數(shù)。
如上所述的表盤面可以簡化儀表讀數(shù)的計算程序，提高工作效率，方便操作者使用。
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。


圖1是現(xiàn)有雙刻度計算式讀數(shù)表盤面的結(jié)構(gòu)實例圖。
圖2是本發(fā)明的儀表表盤面的一種實施例結(jié)構(gòu)實例圖。
圖3是本發(fā)明的儀表表盤面的設(shè)計原理、精度及與原函數(shù)表盤面、計算式表盤面兩種表盤面的比較、分析示意圖。
圖4是圖3中B曲線束的局部放大圖示。
圖5是圖3中C曲線束的局部放大圖示。
圖中，A、原函數(shù)曲線；B、計算式表盤面示數(shù)精度示意圖曲線束；C、本發(fā)明表盤面示數(shù)精度示意圖曲線束；b、B曲線束的局部放大圖示；c、C曲線束的局部放大圖示；1、計算式表盤面示數(shù)函數(shù)曲線(折線)；2、本發(fā)明表盤面設(shè)計精度包絡(luò)線；3、本發(fā)明表盤面示數(shù)函數(shù)曲線(鋸齒形曲線)；4、本發(fā)明表盤面設(shè)計精度范圍界線。其中，圖3中三條曲線束以壘疊形式排列，便于比較，與函數(shù)絕對值無關(guān)。
具體實施例方式
如圖2所示，本實施例是一種無級變速機轉(zhuǎn)速指示表盤面，工作機全程調(diào)節(jié)速度為200～1000轉(zhuǎn)/分，調(diào)速比為5，對應(yīng)的螺桿調(diào)節(jié)圈數(shù)為19圈。表盤面的最里圈是區(qū)間值系列刻度圈，被劃分出等角度的19格，為19個區(qū)間，其駐點稱為“區(qū)間值”，分別標注以200、230、265、……890、950、1000等20個數(shù)據(jù)，當(dāng)調(diào)節(jié)螺桿(與長針同步)從200位置開始旋轉(zhuǎn)完第一圈、第二圈、第三圈…時，短針分別指準230、265、295、……(本實施例已對原函數(shù)(駐點)值做“歸整”處理)位置等等，表示其工作機即時輸出轉(zhuǎn)速分別為230、265、295、……。本實施例，其區(qū)間值刻度系列，按特定的設(shè)計技術(shù)要求分為三個區(qū)間段，分別用紅、黃、蘭區(qū)別開來的三段是第一段200-400；第二段400-650；第三段650-1000。與此三段相對應(yīng)，表盤面依次序設(shè)置三個刻度跨度值等于該段“平衡值”的刻度圈，分別用紅、黃、蘭表示，刻度圈跨度值(“平衡值”)依次分別是第一圈33、第二圈40、第三圈48。
圖2中指針的指示值解讀過程及其數(shù)值如下短針指向區(qū)間440-480，取“區(qū)間值”為440；刻度修正值認定“區(qū)間值”440所在第二區(qū)間段(黃色)，其對應(yīng)的第二刻度圈(黃色)長針所指其修正值讀數(shù)為27.5。其標示值為440+27.5＝467.5。
本實施例讀數(shù)工作機即時輸出轉(zhuǎn)速467.5轉(zhuǎn)/分。
設(shè)計原理及其精度分析設(shè)計原理如果說“雙刻度計算式讀數(shù)表面”的設(shè)計原理是用一條由有限個直線段首尾相連接(連接點在原函數(shù)曲線上)而成的折線型曲線，替代原函數(shù)曲線(圓滑曲線)，則本發(fā)明實施則是將組成該折線型曲線的直線段用一組斜率相同(相互平行)、不等距離的直線段取代，取代的直線段一一與原函數(shù)曲線相交，首尾由一組平行于Y坐標軸的線段連接，形成一段由兩個斜率的直線段族組成的鋸齒型曲線(段)，替代原函數(shù)曲線(段)(圓滑曲線)，而完整的鋸齒型曲線則是由有限個(本實施例是三個)鋸齒型曲線段組成。
精度分析如圖5中所示，如果分別連接處于原函數(shù)曲線A兩邊的鋸齒型曲線3的鋸齒頂點，形成兩條近似平行曲線(折線)，如連線2(稱包絡(luò)線)，置原函數(shù)曲線A于該兩條包絡(luò)線之間。該兩條包絡(luò)線2所圍成的條狀區(qū)域，即是本發(fā)明實施例所要控制的設(shè)計精度范圍根據(jù)“表盤面示數(shù)精度1％”的特定設(shè)計技術(shù)要求，條狀區(qū)域內(nèi)任意一點的Y軸座標值與原函數(shù)對應(yīng)座標值的差值，與原函數(shù)對應(yīng)座標值之比值，不大于1％。顯然，從原函數(shù)曲線上的一點到這兩條包絡(luò)線的Y軸坐標距離，就是該表盤面的讀數(shù)精度。不難判斷，所取的(原函數(shù)曲線)線段(區(qū)間段)越長，該Y軸坐標距離越大，也即是儀表的示數(shù)精度越低。在圖2所示的發(fā)明實施例中，將原函數(shù)分成三段(即如圖3中曲線束C被分成三段)，即可將儀表的示數(shù)精度控制在1％以內(nèi)。
實際上，圖2表盆面為圖1表盆面的另一種表示法兩個不同表面可安裝在同一個型表上使用。與圖1表盆面相比較圖2表盆面“駐點”個數(shù)相同；不相同的有兩點，具體體現(xiàn)在對數(shù)據(jù)的處理方法其一、原函數(shù)(駐點)值做“歸整”處理(即尾數(shù)歸整為“0”或“5”——其目的是疊加計算方便，由于降低了儀表的設(shè)計精度指標，使得對“駐點”進行尾數(shù)歸整處理成為可能)；其二，將原“駐點”系列依次分成三個組成部分，用同一個“平衡值”去取代同一個組成部分中的所有“區(qū)間差”位置，并且用刻度圈圖示，依照長指針位置直接讀出修正值。
因此，在“駐點”，將出現(xiàn)兩個讀數(shù)值一個是“歸整”處理后的“駐點”值；另一個是前一個“駐點”值+刻度圈跨度值。按照本實施例設(shè)定的設(shè)計技術(shù)要求，這兩個示值與“駐點”原值之間的誤差均不得大于1％，等效使用。
圖3、圖4、圖5也是三個表盤面示值(指原函數(shù)表盤面、雙刻度計算式讀數(shù)表盤面、及本發(fā)明表盤面)的設(shè)計精度范圍比較示意圖原函數(shù)表盤面設(shè)計精度無從計校，無法用指針準確解讀；雙刻度計算式讀數(shù)表盤面設(shè)計精度高，解讀較難；本發(fā)明表盤面設(shè)計精度較低，解讀使用方便，適用面廣。
權(quán)利要求
1.一種非線性函數(shù)關(guān)系的機械儀表的表盤面，其特征是所述的表盤面是同軸雙指針結(jié)構(gòu)，包括一個區(qū)間值系列刻度圈和若干個平衡值刻度圈，所述的區(qū)間值系列刻度圈按特定技術(shù)指標要求劃分為若干區(qū)間段，并用不同的顏色或其他識別標識相區(qū)別，所述的平衡值刻度圈設(shè)置的個數(shù)與區(qū)間值系列刻度圈區(qū)間劃分的段數(shù)相等，其排列次序與識別標識與劃分的區(qū)間段一一對應(yīng)，表盤面上的短針指示區(qū)間值，長針指示與所在區(qū)間段相對應(yīng)的平衡值刻度圈內(nèi)的刻度值(修正值)，將該區(qū)間值與修正值相加，即為儀表示值讀數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性函數(shù)關(guān)系的機械儀表的表盤面，其特征是所述的區(qū)間值系列刻度圈位于表盤面的最里圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非線性函數(shù)關(guān)系的機械儀表的表盤面，其特征是所述的表盤面的最里圈劃分為三個區(qū)間段，分別用紅、黃、蘭區(qū)別，與此三段相對應(yīng)，表盤面依次序設(shè)置三個刻度跨度值等于該段“平衡值”的刻度圈，分別用紅、黃、蘭表示。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非線性函數(shù)關(guān)系的機械儀表的表盤面，包括一個區(qū)間值系列刻度圈和若干個平衡值刻度圈。區(qū)間值刻度圈，按特定技術(shù)指標要求劃分為若干區(qū)間段，并用不同的顏色或其他識別標識相區(qū)別；平衡值刻度圈設(shè)置的個數(shù)與區(qū)間值系列刻度圈區(qū)間劃分的段數(shù)相等，其排列次序與識別標識與劃分的區(qū)間段一一對應(yīng)，平衡值刻度圈的刻度跨度值相當(dāng)于計算式表盤面“簡化曲線”中的區(qū)間差，其作用是替代該區(qū)間段中的每一個區(qū)間差即“斜率指數(shù)”；表盤面上的短針指示區(qū)間值，長針指示與所在區(qū)間段相對應(yīng)的平衡值刻度圈內(nèi)的刻度值(修正值)，將該區(qū)間值與修正值相加，即為儀表示值讀數(shù)。
文檔編號G12B11/00GK1794358SQ20051011017
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月8日
發(fā)明者張禹超 申請人:張禹超