TWI417524B - 具有溫度補償裝置的氣壓高度計 - Google Patents

Description

具有溫度補償裝置的氣壓高度計

本發明係有關於一種可攜式氣壓高度計，以及一種供該高度計用來判斷高度的方法。

詳細地說，根據本發明的氣壓高度計包含有一壓力感測器、一能以該感測器測得之壓力的函數關係並以對應於海平面之氣團的溫度估計值的函數關係來判斷高度之數值的計算單元、以及一能提供日曆數據的時間測量單元。

本發明特別有關於一種將此類形式配置於一電子錶內的高度計。

在此種形式的高度計中，為能得知高度，該計算單元要執行由國際標準所定義之有關於高度、氣壓及溫度間關係的公式。此公式係如下所列：H=153.85*T₀*[1-(P/P₀)^0.190255] (1)

在此公式中，T₀是以凱氏溫標度數為單位的海平面氣團溫度，P是由該高度計測得之以毫巴為單位的氣壓壓力，而P₀則是以毫巴為單位的海平面大氣壓力。

一般而言，海平面的氣團溫度是設定在一預設值，這在海平面氣團的真實溫度不同於此一預設值時，會造成高度計算上的誤差。

為能部份地更正這些誤差，美國專利第5 224 059號中建議在高度計中儲存一系列有關於氣團在海平面上的參 考溫度數值，該參考溫度數值對應於不同的緯度值及一年內的不同時段。因此穿戴此高度計的人必須要人為地輸入他所在位置的緯度值，以使得該高度計能選取根據該日期之函數而判斷的參考溫度值。

此一解決方案並不完全地令人滿意，因為使用者必須要知道其所在位置的緯度值，而這並一定是可能的。再者，對於一確定的日期，此參考溫度也會因使用者在地球上的經度而有重大的變化，這使其必須要將此高度計的使用限制於地球上的某一選定區域內，或是也必須要使用者輸入經度數值。

因此，該解決方案的缺點在於不夠直觀，這對於高度計的人體工學而言是相當不利的。

再者，此一解決方案需要有大量的儲存容量，這使其變成相當的昂貴。

本發明之目的是要提出一種可製作更直觀之高度計的簡易而經濟的方案，以克服這些缺點。

因此，本發明提出一種上述之形式的氣壓高度計，其特徵在於其包含一修正電路，其能以日期的函數關係及以預設之氣候值的函數關係自儲存於該高度計內的資料庫所含有的一系列數值中選取出該參考溫度值。

根據本發明的高度計可提供正確的高度值，同時並可確保使用上的簡易性。詳細地說，該高度計的設定是可輕 易地實施，也不需要大量的儲存容量。對於使用者而言，氣候的輸入是一種可簡易直觀進行的作業，因為即使是不查看平面球形圖，使用者也可以輕易地知悉他所在之地方的氣候。

有利的是，氣候值是自五個預設值中選出的，該預設值為：溫帶、地中海、乾旱、熱帶、極地。由申請人所進行的實驗顯示出在這五個氣候值中做選擇是高度計值之準確性與高度計之簡易使用性間的一項極佳的折衷方案。此種較少數量之預設氣候亦可有助於設定的操作及輸入的操作，因為使用者僅需要向下捲出五個數值並自他間內選取一個即可。因此其無需設置任何複雜的控制構件或煩瑣的操作。

再者，該修正電路能以該高度計相對於赤道之位置的標示值的函數關係來選取該參考溫度值，而該標示值係自二個分別對應於北半球及南半球的數值中選出的，其可區別出以高度計所處之半球的函數關係所選出的參考溫度值。

為進一步改進高度計算上的準確性，該修正電路能以目前月份之日期的函數關係來調整所選出的參考溫度的數值，以供考慮到氣團在該月份內的溫度變化。因此，該修正電路能以時間的函數關係來調整所選取的參考溫度值，以考慮到氣團在該日內的溫度變化。

本發明亦提出一種供可攜式氣壓高度計用來判斷高度的方法，包含下列步驟： 自儲存於該高度計內之資料庫中所含有一系列數值中自動地選擇一參考溫度值，該參考溫度值是對應於海平面氣團溫度的估計值；透過一壓力感測器來測量一壓力值；以該壓力值之函數關係及該選取之參考溫度的函數關係來計算出一高度值，其特徵在於在該選擇步驟中，該參考溫度值係以日期的函數關係並以該預設氣候值的函數關係來選出的。

此方法具有和根據本發明之高度計相同的優點，亦即是高度值判斷之準確度與操作簡易性間的良好折衷方案。

根據此方法的其他特徵：該氣候值是自五個預設值中選出的，該預設值為：溫帶、地中海、乾旱、熱帶、極地；該參考溫度值亦是以該高度計相對於赤道的位置標示值的函數關係選取出來的，而該位置標示值從二個分別對應於北半球及南半球的數值中選出的；在選擇該高度計相對於赤道的位置時，亦可選擇一第三值，藉此在無修正的模式下控制該高度計的運作，且其中在該無修正的模式下，該參考溫度值是固定於一不考慮氣候的預定值；設有一第一修正步驟，在期間由選擇步驟所選取的參考溫度值會以目前月份內之日期的函數關係來調整，以考慮到氣團溫度在該月份內的變化；設有一第二修正步驟，在期間由選擇步驟所選取的參 考溫度值會以時間的函數關係調整，以考慮到氣團溫度在一天內的變化。

設有手動的氣候值選取步驟

本發明的其他特徵及優點可在讀取下面以非限制性範例所做的詳細說明，並配合於所附圖式而清楚得知。

第1圖顯示一種根據本發明之教示製作的可攜式氣壓高度計10。

高度計10最好配置於一電子錶12內，如第12圖中所示者。其包含有一壓力感測器14，係連接至一計算單元16上，該計算單元係設置供以感測器14所測得之壓力P之函數關係及以對應於海平面氣團溫度估計值的參考溫度T₀之函數關係來判斷高度值H。計算單元16可執行前面所定義的公式(1)，以計算高度H。

手錶12亦包含有一時間測量單元18，係設置用來提供時間h及日曆資訊，在此為日期D，以及一顯示裝置20，在此係由指針22及二個液晶顯示螢幕24所構成。

在所示的例子中，時間h係由指針22以類比方式顯示，而日期D及高度H則是由螢幕24做數位式的顯示。

手錶12進一步包含有手動控制構件26、28、30，用以控制該手錶的各項功能。一第一按鍵26可用來設定日期D，一時間設定旋鈕28可用來設定時間h。

根據本發明的教示，高度計10包含有一修正電路 32，其能以日期D的函數關係，並以一預設氣候值C的函數關係，由載入於該高度計10之資料庫內所含有的一系列標準溫度數值T_S中選出該參考溫度值T₀。就此目的，修正電路32要包含有一記憶體34，其中即儲存該資料庫。

該資料庫顯示如以下的表(2)之形式。

針對於一年中的每一個月份及每一個預設的氣候值C，表(2)中均包含有一以攝氏度數為單位的標準溫度T_S，其係對應於該一月份及該氣候C的海平面氣團的整體平均溫度數值。

氣候C最好是包含有五個預設值，該預設值為：溫帶氣候C_Te、地中海氣候C_Me、乾旱氣候C_Ar、熱帶氣候 C_Tr、極地氣候C_Po。這些氣候值C相當於Köppen氣候分類的簡化版本。

考量到北半球及南半球之間在某些氣候上的溫度差異，並考量到這二半球間季節的顛倒情形，溫帶氣候C_Te、地中海氣候C_Me、乾旱氣候C_Ar係分別針對南半球重覆為南半球溫帶氣候C_TeS、南半球地中海氣候C_MeS、南半球乾旱氣候C_ArS。

第3圖顯示出一平面球形圖，區分成對應於這五個預設氣候C_Te、C_Me、C_Ar、C_Tr、C_Po的區域。

最好氣候值C是由手錶12的使用者依高度計10在平面球形圖上的位置之函數關係來手動選取，在此係透過一第二按鍵30為之。為能讓修正電路32能以高度計10所在之半球的函數關係來選取適當的氣候值C，選取氣候C的步驟之前要進行由二個分別對應於南半球及背半球的數值中選取出該高度計10相對於赤道的位置的步驟。

可以注意到，在所示的實施例中，熱帶區域僅有單一系列的標準溫度T_S，且極帶區域亦僅有單一系列，而不考慮高度計10相對於赤道的位置。

有利的是，在選取高度計10相對於赤道的位置時，其可以一第三值，以供讓高度計10在無修正模式下運作。在此無修正模式中，參考溫度T₀的數值是固定在一預定的值，例如說15℃，而不考慮氣候C。此無修正模式可以是手錶12在離開工廠時的預設作業模式。因此直到使用者輸入有關於其所在之半球的資料之前，公式(1) 中所使用的參考溫度T₀會保持為15℃。此無修正模式是一種使用者尚未選取氣候C的作業模式。

根據一有用的實施例，在由手錶12之使用者手動選取氣候值C時，至少一螢幕24可用來向下捲動，並顯示出各種可能的氣候值C。

有利的是，對應於某一給定月份之某種氣候C的參考溫度值T₀在該月份中並不一定是定值，而是會依據一給定的變化規則而變動，以考量到氣團在一個月之內的溫度變化。因此，修正電路32會以目前月份之日期的函數關係並依循該變化規則來調整對應於目前的月份及所選取之氣候C的參考溫度值T₀。該變化規則可以是例如針對某一給定氣候C，由一連接某一月份之標準溫度值T_S與下一月份之標準溫度值T_S間之線段所構成的，而儲存於資料庫內的該標準溫度值T_S則是等於該月份中間的參考溫度T₀，例如該月的“15”或“15.5”。

考慮表(2)，並以北半球溫帶氣候C_Te為例，該用來定義參考溫度T₀之變化的線段會通過5月15日的14℃及6月15日的19℃。因此此一線段可界定出5月份下半個月及6月份上半個月內的參考溫度T₀的變化。同樣的情形亦可適用於該年內的其他月份及其他的氣候C。

根據再進一步改良的實施例，修正電路32亦可供以時間h的函數關係來調整被選取的參考溫度值T₀，以考量到氣團在一天內的溫度變化，特別是能區分白天的溫度及夜晚的溫度。

但是可以注意到，在沒有以時間h的函數關係來調整參考溫度值T₀時，對於高度的計算值H而言已可得到極佳的結果。

接下來將說明由裝設有根據本發明之可攜式氣壓高度計10的手錶12所實施之判斷高度H的方法。

此方法包含有一初始化步驟，在期間使用者要使用該第二按鍵30來將他在平面球形圖上所處的區域的氣候值C輸入至手錶12內。例如說，如果使用者是位於瑞士，則他首先要選擇化半球，而後選取溫帶氣候值C_Te。

一旦得知氣候值C，修正電路32在選擇步驟中會以由時間測量單元18所提供之日期D的函數關係自動地自相關於溫帶氣候C_Te的該系列標準溫度值T_S中選取出一參考溫度值T₀。例如說，如果日期是7月20日，則修正電路32會選取數值“21”來做為參考溫度值T₀。

但是，在一第一修正步驟中，修正電路32會以目前月份的日期的函數關係來調整該參考溫度值T₀。因此，沿著連接著相關於7月15日的數值21℃與8月15日中相對應的數值20℃的線段，修正電路32可判斷出該參考溫度必定等於約20.83℃。

根據一改良的實施例，在一第二修正步驟中，修正電路32會以該日之時間h的函數關係來施加一預定的修正係數至該參考溫度T₀。例如說，當壓力測量P是在7月的清晨約2點左右進行的，因此就是在夜晚，則參考溫度值T₀可以減少攝氏四度。

在一計算步驟中，高度計10的計算單元16會以由感測器14所得到的壓力測量值P的函數關係，並以由修正電路32所調整過的選取之參考溫度值T₀的函數關係來判斷高度H的數值。

在一顯示步驟中，顯示裝置20，在此為螢幕24，會顯示出由計算單元所算出的高度值H。

對於每一個新的壓力測量值P，計算單元16會使用由修正電路32調整過的選取之參考溫度值T₀，以供計算高度H。因此，高度H的計算永遠能以適當的參考溫度值T₀來實施，因為後者可配合於日期D及該日的時間h。

根據一變化，本發明的高度計10亦可包含有一用來修正公式(1)中用來計算高度H的參考壓力值P0的修正電路，特別是可區隔基於天氣之變化而致的壓力變化值P與那些基於高度計10之使用者之動作而致者。

10‧‧‧高度計

12‧‧‧手錶

14‧‧‧壓力感測器

16‧‧‧計算單元

18‧‧‧時間測量單元

20‧‧‧顯示裝置

22‧‧‧指針

24‧‧‧螢幕

26‧‧‧第一按鍵

28‧‧‧時間設定旋鈕

30‧‧‧第二按鍵

32‧‧‧修正電路

34‧‧‧記憶體

第1圖是一圖式，顯示出根據本發明之教示所製作的可攜式氣壓高度計。

第2圖是一頂視圖，示意地顯示出裝配有第1圖中之高度計的手錶。

第3圖是一圖式，顯示出一平面球形圖區分成對應於五個預設氣候的區域。

10‧‧‧高度計

14‧‧‧壓力感測器

16‧‧‧計算單元

18‧‧‧時間測量單元

20‧‧‧顯示裝置

26‧‧‧第一按鍵

28‧‧‧時間設定旋鈕

30‧‧‧第二按鍵

32‧‧‧修正電路

34‧‧‧記憶體

Claims (13)

1. 一種可攜式氣壓高度計，包含：一壓力感測器；一計算單元，以由該感測器所測得之壓力的函數關係並以對應於海平面氣團溫度估計值之參考溫度的函數關係來判斷高度值；以及一提供日曆資料的時間測量單元，該氣壓高度計進一步包含一修正電路，其以日期的函數關係及以預設之氣候值的函數關係從儲存於該高度計內的資料庫所含有的一系列數值中選取出該參考溫度值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高度計，其中該氣候值是從五個預設值中選出的，該預設值為：溫帶C_Te、地中海C_Me、乾旱C_Ar、熱帶C_Tr、極地C_Po。
3. 如申請專利範圍第1項所述之高度計，其中該修正電路亦以該高度計相對於赤道的位置標示值的函數關係來選取出該參考溫度值，而該位置標示值是從二個分別對應於北半球及南半球的數值中選出的。
4. 如申請專利範圍第1項所述之高度計，其中該修正電路亦以目前月份之日期的函數關係來調整所選出的參考溫度值，藉此將在該月份內的氣團溫度變化列入考慮。
5. 如申請專利範圍第1項所述之高度計，其中該修正電路亦以時間的函數關係來調整所選取的參考溫度值，藉此將在該日內的氣團溫度變化列入考慮。
6. 如申請專利範圍第1項所述之高度計，包含一以 手動方式輸入該預設氣候值的裝置。
7. 一種以可攜式氣壓高度計來判斷高度的方法，包含下列步驟：從儲存於該高度計內之資料庫中所含有一系列數值中自動地選擇一參考溫度值，該參考溫度值是對應於海平面氣團溫度的估計值，透過一壓力感測器來測量壓力值，以該壓力值之函數關係及該選取之參考溫度值的函數關係來計算出高度值，其中在該選擇步驟中，該參考溫度值係以日期的函數關係並以該預設氣候值的函數關係來選出的。
8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該氣候值是從五個預設值中選出的，該預設值為：溫帶C_Te、地中海C_Me、乾旱C_Ar、熱帶C_Tr、極地C_Po。
9. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該參考溫度值亦是以該高度計相對於赤道的位置標示值的函數關係選出的，而該位置標示值從二個分別對應於北半球及南半球的數值中選出的。
10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中在選擇該高度計相對於赤道的位置的期間，亦可選擇一第三值，藉此在無修正的模式下控制該高度計的運作，且其中在該無修正的模式下，該參考溫度值是固定於一不考慮氣候的預定值。
11. 如申請專利範圍第7項所述之方法，包含一第一 修正步驟，在期間由選擇步驟所選取的參考溫度值以目前月份之日期的函數關係來調整所選出的參考溫度值，藉此將在該月份內的氣團溫度變化列入考慮。
12. 如申請專利範圍第7項所述之方法，包含一第二修正步驟，在期間由選擇步驟所選取的參考溫度值以時間的函數關係調整，藉此將在該日內的氣團溫度變化列入考慮。
13. 如申請專利範圍第7項所述之方法，進一步包含一以手動方式選取氣候值的步驟。