高度测量装置与包括该高度测量装置的便携式物品

摘要

高度测量装置(1)，其包括布置为根据增大或减小的待测气压而沿着直线方向压缩或展开的气压传感器(2)，所述气压传感器(2)的变形运动借助传动系统(6)转换为致动系统(8)在垂直于气压传感器(2)的直线变形方向的平面中的枢转运动，所述致动系统(8)驱动指针(10)的枢转，该指针(10)在标有刻度的圆形刻度盘(12)上移动，气压传感器(2)布置为能够根据气压传感器(2)的直线变形方向而相对于高度测量装置的其他部件的一个方向或相反的方向移动，气压传感器(2)安装在固定于支撑件(68)的底座(66)上，所述支撑件(68)与外罩(78)形成表壳(80)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高度测量装置。更具体而言，本发明涉及一种包括无液压力传感器的高度测量装置。本发明还涉及一种包括根据本发明的高度测量装置的便携式物品，例如腕表。

背景技术

许多海拔高度测量装置是已知的，包括感测元件为无液测压仪的跳伞测高计。这种测高计典型地包括表盘，该表盘的时圈从0米高度标定刻度至4000米高度。由多个市面上销售的测高计的申请人完成的实验分析显示出了迟滞现象。该线性误差通过计算这种测高计机构中的摩擦力的功来得以证明。由于绝对高度测量误差随着高度降低而减小，因此在降落的时候对机构进行设置。这些测高计被设置在0米与3000米高度之间,这是因为观察到如果高度达到3000米高以上,则测量误差会增大。从而，对于测高计中的一个，0米与3000米高度之间的最大误差达到了21米；而对于另一个达到了34米。由此可见，被实验分析的跳伞测高计具有线性误差，这种线性误差导致了大约1％的测量不准确度。此外，考虑到真空传感器的特征分布和设计这种测高计所带来的制造公差，需要进行预先校准。就上述类型的测高计而言，该校准非常繁琐。这种校准由受过该任务的专业训练的人来手动地执行，并且需要由测高计依次读取在等于海平面气压的压力下，然后例如在等于4000米高度的压力下，并且然后再次在等于0米的压力下等等所显示的值。每次都需要对机构进行调整以使得所显示的高度对应于周围压力值。执行这种逐次反复来逐步降低测高计测量误差。

发明内容

除了其他目标外，本发明的目标还在于通过提供具有最小可能的迟滞现象的精确的高度测量装置来克服上述问题。

为此，本发明涉及一种高度测量装置，其包括布置为根据增大或减小的待测气压而沿着直线方向压缩或展开的气压传感器，所述气压传感器的变形运动借助传动系统转换为致动系统在垂直于气压传感器的直线变形方向的平面中的枢转运动，所述致动系统驱动指针的枢转，该指针在标有刻度的圆形刻度盘上移动，气压传感器布置为能够相对于高度测量装置的其他部件沿着气压传感器的直线变形方向在一个方向或相反的方向上移动，其特征在于，气压传感器安装在固定于支撑件的底座上，所述支撑件与外罩形成表壳。

作为这些特征的结果，本发明提供了具有极高测量精度的高度测量装置。这些显著的结果得以实现是由于根据本发明的高度测量装置的测量精度不受气压传感器中的任何尺寸变化的影响。实际上，由于能够精确地调节气压传感器相对于高度调节装置的其他部件的位置，因此彻底抵消了气压传感器的制造公差。

作为这些特征的结果，本发明提供了校准操作相当简单并且如果需要的话可以实现自动化的高度测量装置。这些显著的结果得以实现是由于仅利用两个设置操作(一个在等同于海平面的气压下执行，另一个例如在对应于4000米高度的压力下执行)就足以对根据本发明的高度测量装置进行校准。此外，针对两个所选择的高度的设置操作包括：将传动销与支架之间的接触点的连线布置为平行于传动轴，然后调节气压传感器相对于其他高度测量装置部件的位置，甚至可以由无经验的操作者或者照相机来非常容易地对上述操作进行视觉检验。执行校准所能达到的精度使得能够获得呈现出低或者零迟滞的高度测量装置，这使得指针能够线性地移动，并且由此在必要时使表盘旋转超过一周，从而能够精确地测量更高的高度。

根据本发明的补充特征，在支撑件的外周缘上设置有第一螺纹，所述第一螺纹与设置在外罩的内周缘上的第二螺纹配合。

根据本发明的另一个特征，气压传感器为无液测压计。

根据本发明的另一个特征，致动系统包括支承在气压传感器上并且刚性地紧固至传动轴的感测元件，所述传动轴布置为在气压传感器的变形运动的作用下旋转。

根据本发明的另一个特征，承载感测元件的传动轴在垂直于气压传感器的直线变形方向的方向上延伸。

根据本发明的另一个特征，刚性地固定至传动轴的传动销将气压传感器的变形运动传送至致动系统。

根据本发明的另一个特征，致动系统包括支架，所述支架设置有圆弧形的带齿区段，所述带齿区段与小齿轮啮合，所述小齿轮与轴管结合成一体，指针安装在轴管上。

根据本发明的另一个特征，高度测量装置包括布置为使感测元件保持支承在气压传感器上的弹性装置。

根据第一变型，所述弹性装置包括在支架上施加弹性回程力的螺旋弹簧。

根据第一变型，所述弹性装置包括盘簧，所述盘簧的内弯部紧固至安装有指针的主轴。优选地，在盘簧与安装有指针的主轴之间设置有滚珠轴承。

本发明还涉及一种内部封装有根据本发明的高度测量装置的便携式物品，例如腕表。

附图说明

基于根据本发明的高度测量装置的实施例的如下详细说明，本发明的其他特征和优点将变得更清楚，该示例仅参考附图而以非限制性说明的方式给出，其中：

-图1为根据本发明的在内部封装有高度测量装置的腕表表壳的透视图。

-图2为根据本发明的高度测量装置的透视图。

-图3为根据本发明的在内部封装有高度测量装置的由外罩和支撑件形成的表壳的分解透视图。

-图4为沿着在内部封装有高度测量装置的腕表表壳的12点钟-6点钟轴线的横截面图。

-图5为根据本发明的高度测量装置的透视图，该高度测量装置被螺旋弹簧压缩，以使感测元件与气压传感器保持永久接触。

-图6为根据本发明的高度测量装置的透视图，该高度测量装置被盘簧压缩，以使感测元件与气压传感器保持永久接触。

-图7为在内部封装有气压传感器的图3的表壳的分解透视图。

-图8为用于校准根据本发明的高度测量装置的腔的分解透视图。

-图9为在内部布置有根据本发明的高度测量装置的用于校准的腔的透视图。

-图10为用于调节气压传感器的高度的驱动系统的分解透视图。

-图11为用于将本发明的高度测量装置固定于密封腔内的系统的局部透视图。

具体实施方式

本发明着手于提供一种尽可能精确且具有高线性度的高度测量装置的大体创造性理念。为此，本发明提供这样一种高度测量装置：其可以抵消各个部件的制造误差，尤其是气压传感器的制造误差，从而确保高度测量的高线性度。然而，为了确保测量的线性度和精度，还力求尽可能使在本发明的高度测量装置工作期间出现的摩擦力最小化。最终，对根据本发明的高度测量装置的校准仅需要进行两次测量，一次在对应于海平面的气压下进行，另一次在对应于所选高度的更低气压下进行，这能够显著地简化这些校准操作，如果需要的话甚至能够使这些校准操作自动化。

由附图标记1整体地表示的根据本发明的高度测量装置包括气压传感器2，所述气压传感器2布置为在待测气压的变化的影响下而沿着直线方向几何变形。

尤其是如图2中清楚地示出的，气压传感器2优选为无液测压仪。这是一种由通过焊接彼此组装在一起的两个薄波纹板(上板4a和下板4b)形成的平的、圆形、通常为金属制的盒。由于在部分真空下对表壳进行了密封，因此这个表壳是不透水的。气压传感器2根据气压变化而被压缩或展开，这使得上板4a和下板4b相互靠近或者彼此远离。气压传感器2的变形运动借助传动系统6转换为致动系统8(该致动系统8驱动指针10的枢转)在垂直于气压传感器2的直线变形方向的平面上的枢转运动。如图1中可见，指针10在设置于凸缘14上并且例如以50米的间隔而在0米与4000米之间标定刻度的圆形刻度盘12上移动。凸缘14封装在腕表18的表壳16中，并且可以由使用者借助旋转表圈20来枢转。值得注意的是，在图中所示出的示例中，气压传感器2沿着竖直的直线方向变形。

传动系统6包括由臂24形成的感测元件22，在所述臂24的自由端处优选但并非排他地设置有脚轮26，感测元件22借助该脚轮26与气压传感器2的上板4a接触。脚轮26所支承于的垫圈28固定至气压传感器2的上板4a。垫圈28和脚轮26的目的在于尽可能使感测元件22与气压传感器2之间的摩擦力最小化，并且由此提高高度测量装置1的精度。

感测元件22刚性地固定至传动轴30，所述传动轴30沿着气压传感器2的直线变形方向的垂直方向延伸。因此，在图中所示出的示例中，传动轴30水平地延伸。

端部设置有宝石轴承32的传动轴30布置为在气压传感器2的变形运动(这种变形运动经由感测元件22传送至传动轴30)的作用下旋转。还值得注意的是，传动轴30安装为轴向地运动(图3)，而调节螺钉34与弹性带36之间不存在游隙。通过对调节螺钉34的作用，能够由此调节传动轴30的纵向位置。

根据本发明的另一个特征，刚性地固定至传动轴30的传动销38将气压传感器2的变形运动传送至致动系统8。

更特别地，致动系统8包括支架40，传动销38抵靠支承在所述支架40的直线接触点部段42处。如下文可见，该直线部段42充当高度测量装置1的校准期间的基准标记。实际上，当直线接触点部段42平行于传动轴30延伸时，将高度测量装置1适当地设置为海平面高度。调节传动轴30的轴向位置以实现上述目的。

支架40安装为在水平面上关于竖直的枢转轴44枢转。支架40设置有弧形的带齿区段46，所述带齿区段46与小齿轮48啮合，所述小齿轮48与管状件50结合成一体，指针10安装于所述管状件50上。管状件50可以在钟表机芯的时轮上枢转。然而，在上述情况下，可能出现会使测量失真的摩擦力。这就是为什么优选的情况是，在分齿轴与管状件50之间没有任何接触的情况下，使分齿轴穿入至管状件50的内部。

根据本发明的另一个特征，高度测量装置1包括布置为使感测元件22与气压传感器2保持永久接触的弹性装置。

根据第一变型(图5)，弹性装置包括螺线或螺旋弹簧52，所述螺旋弹簧52的一端固定至螺柱54，而另一端固定至支架40，螺旋弹簧52在所述支架40上施加弹性回程力。该弹性回程力借助传动销38和传动轴30传送至感测元件22。

根据第二变型(图6)，弹性装置包括具有内弯部58和外弯部60的盘簧56，所述内弯部58固定至指针10所安装于的管状件50；所述外弯部60固定至与腕表18的表壳16结合成一体的螺柱62。安装有指针10的管状件50优选但并非一定固定至滚珠轴承64的内部，所述滚珠轴承64固定至腕表18的表盘65。

这些弹性装置(也就是螺旋弹簧52或盘簧56)能够使感测元件22与气压传感器2保持接触，并且抵消支架40的带齿区段46的锯齿与小齿轮48的轮齿之间的所有游隙。

根据本发明的另一个特征(图7)，气压传感器2安装在底座66上，所述底座66例如随着凸缘70的插入而按压且结合至支撑件68中，以消除气压传感器2与支撑件68之间的游隙(图3和图4)。在该支撑件68的外周缘上设置有第一螺纹72，所述第一螺纹72与设置在外罩78(该外罩78与支撑件68形成表壳80)的内周缘上的第二螺纹74配合。支撑件68可以由此拧入或拧出，这使得能够精确地调节气压传感器2相对于高度调节装置的其他部件的高度，并且由此抵消由于制造公差所带来的气压传感器2的所有尺寸偏差。

为了校准(图8和图9)，将高度测量装置1放置在密封装置82的内部，例如放置在通过插入密封防水圈88而由玻璃86封闭的密封腔84的内部。该密封腔84包括能够根据需要来调节腔84内部的压力的进气口90。

密封腔84还包括用于对高度测量装置1进行设置的第一按钮92和第二按钮94。为了被更好地抓取，这些按钮92和94可以是带滚花的。第一按钮92通过在宝石轴承98a上枢转的螺丝刀刀片96而延伸向密封腔84的内部，调节螺钉34可以借助所述螺丝刀刀片96而活动以调节传动轴30的轴向位置。在螺丝刀刀片96上设置有密封垫100a以便密封第一按钮92的通道。第二按钮94包括绕着宝石轴承98b枢转的轴102，在该轴102上接合有密封垫100b以便密封第二按钮94的通道。在轴102的自由端承载小齿轮104，小齿轮104与水平延伸的齿轮106配合。该齿轮106的平板携带有两个沿直径彼此对置的销108，所述销108容纳在设置于支撑件68中的两个对应孔110中。通过沿着一个或另一个方向转动第二按钮94，由此可以使支撑件68拧紧或松开，并且从而向上或向下移动气压传感器2。

更特别地，并且如图10中所示，高度测量装置1经由固定件76而容纳于密封腔84内部，所述固定件76设置有两个孔112，突出至腔84的底部的两个销114接合至所述两个孔112中。还设置有由两个螺钉118固定的夹持托板116(图11)。该夹持托板116穿通有孔120，螺丝刀刀片96穿过所述孔120并且支承在布置于外罩78中并且由直线平壁124界定的平肩122上，夹持托板116抵靠支承在所述直线平壁124上。因此，外罩78轴向且枢转地锁定于腔84的内部，这意味着可以根据需要来拧紧或松开支撑件68，并且由此使得在对高度测量装置1进行校准的操作期间，气压传感器2能够相对于高度测量装置1的其他部件向上或向下移动。为了密封地封闭腔84，玻璃86设置有与固定至腔84的框架130的两个螺栓128配合的两个挂钩126。

对根据本发明的高度测量装置1的校准按照下列方式来执行。

首先，将根据本发明的高度测量装置1插入腔84中。通过拧紧螺钉118锁定的夹持托板116将高度测量装置1固定于腔84的内部。事先确保销108适当地插入至设置于支撑件68中的对应孔110内。为了执行这个步骤，仅仅使齿轮106旋转直至销108穿透孔110就足够了。腔84通过与挂钩126接合的螺栓128而以密封的方式被封闭。确保密封垫88处于适当的位置。

然后，使腔72内部的气压变为1013.25hPa的值，该值对应于0米高度下的海平面的普遍平均气压，观察直线接触点部段42相对于传动轴30的位置。如果有必要，使第二按钮94沿着一个或另一个方向旋转，以拧紧或松开支撑件64，并且由此使气压传感器2向上或向下移动。气压传感器2的平移运动借助感测元件22和传动销38而传送至支架40。当直线接触点部段42平行于传动轴30延伸时，将高度测量装置1适当地设置在海平面高度。

最后，使腔84内部的气压下降至例如对应于4000米高度的值。如果指针10未指向粘附至凸缘14的圆形刻度盘上的刻度4000，则通过利用第一按钮92拧紧或松开调节螺钉34来轴向地移动传动轴30。

当已执行上述两个操作时，完成了对本发明的高度测量装置1的校准。为了进行检验，只需要例如使腔84内部的气压重新增大至对应于海平面的值，则可以观察到指针10指向圆形刻度盘上的刻度0。

不言而喻，本发明并不限于刚刚已描述的实施例，在不脱离由所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以设想进行各种简单的修改与变型。尤其可以理解的是，对本发明的高度测量装置1的校准的操作可以容易地实现自动化。实际上，这仅需要设置一个能够定位出直线接触点部段42相对于传动轴30的位置并且定位出指针10相对于标记在凸缘14上的圆形刻度盘12的位置的照相机。还可以理解的是，这些校准操作在工厂中执行，本发明的高度测量装置在交付给其使用者时已经完美地设置好了。如果在旅游期间，使用者观察到由他的高度测量装置指示的高度不对应于他所处的位置高度，则他可以简单地旋转凸缘以移动对应于他所处的高度的刻度指示。还应当注意的是，校准操作在室温(典型地为23℃)下执行。一旦高度测量装置1已经适当地校准，则可以例如借助蜡式结合或粘结而将支撑件68的螺纹以及外罩78和调节螺钉34的螺纹夹紧在一起，从而防止对高度测量装置1的调节失效。

附图标记列表

高度测量装置1

气压传感器2

上板4a和下板4b

传动系统6

致动系统8

指针6

圆形刻度盘12

凸缘14

表壳16

腕表18

旋转表圈20

感测元件22

臂24

脚轮26

垫圈28

传动轴30

宝石轴承32

调节螺钉34

弹性带36

传动销38

支架40

直线接触点部段42

竖直枢转轴44

带齿区段46

小齿轮48

管状件50

螺旋弹簧52

螺柱54

盘簧56

内弯部58

外弯部60

螺柱62

滚珠轴承64

表盘65

底座66

支撑件68

游隙消除凸缘70

第一螺纹72

第二螺纹74

固定件76

外罩78

表壳80

密封装置82

腔84

晶片86

密封垫88

进气口90

第一按钮92

第二按钮94

螺丝刀刀片96

宝石轴承98a、98b

密封垫100a、100b

轴102

小齿轮104

齿轮106

销108

孔110

孔112

销114

夹持托板116

螺钉118

孔120

平肩122

直线平壁124

挂钩126

螺栓128

框架130