Главная | Обратная связь

Спидометры и тахометры.

Классификация КИП

По способу отображения информации контрольно-измерительные приборы делятся на указывающие и сигнализирующие. Указывающие приборы имеют шкалу, на которой тем или иным способом указываются значения измеряемого параметра, сигнализирующие приборы информируют водителя об одном, как правило, аварийном значении измеряемого параметра звуковым или световым сигналом.

По своему конструктивному исполнению приборы делятся на механические и электрические. Отдельный класс составляют электронные измерительные системы.

В механических приборах для передачи воздействия на стрелку от места измерения используют механические, пневматические или иные передачи. В настоящее время приборы такого типа на автомобилях применяются редко — в основном в качестве шинных манометров.

Электрические измерительные приборы состоят из датчика и указателя (приемника). Датчик преобразует измеряемую физическую величину в электрический сигнал. В приемнике этот сигнал преобразуется в физическую величину, доступную для считывания водителем. На автомобилях применяются электрические измерительные приборы, как правило, магнитоэлектрической, электромагнитной и импульсной систем.

Электронные измерительные системы расширяют информативность как за счет увеличения количества контролируемых параметров, так и за счет применения новых способов отображения информации. В таких системах приборный щиток может быть заменен дисплеем.

По своему назначению контрольно-измерительные приборы подразделяются на термометры, измерители давления, измерители уровня топлива, измерители зарядного режима аккумуляторной батареи, измерители скорости автомобиля и пройденного пути (спидометры, одометры), измерители частоты вращения двигателя (тахометры), эконометры и тахографы.

Принцип действия указателя на основе трехобмоточного магнитоэлектрического логометра рассмотрим на примере указателя температуры охлаждающей жидкости типа УК-191, (см. рис. 1.1, а). Логометр имеет две обмотки — L1 и L2, расположенные соосно и намотанные встречно. Третья обмотка L3 перпендикулярна первым двум. Применение трех обмоток позволяет повысить точность логометра, так как расширяет шкалу до 160 градусов. В магнитное поле обмоток помещен постоянный магнит, способный поворачиваться на своей оси и устанавливаться в направлении действия суммарной магнитодвижущей силы МДС всех трех обмоток. Магнит соединен со стрелкой прибора.

а) б)

Рис.1.1.Термометр с логометрическим указателем: а) — электрическая схема термометра; б) — конструкция магнитоэлектрического логометрического указателя; 24 — каркас; 26 —ось стрелки; 22 —обмотки; 43 – терморезистивный датчик температуры; 45 — постоянный магнит.

 

Значение тока I2 в обмотках L2 и L3 постоянно, ток I1 в обмотке L1 изменяется с изменением сопротивления датчика Rд. Магнитодвижущие силы обмоток М1, М2 и МЗ равны произведению значений токов соответствующих обмоток на число их витков. Суммарная МДС М_S, по направлению которой устанавливается постоянный магнит, равна геометрической сумме векторов М1, М2 и МЗ (см. рис. 1.2).

 

Рис. 1.2 Образование суммарной магнитодвижущей силы в результате сложения магнитодвижущих сил катушек L1, L2 и L3.

 

Для случаев, когда М1 больше М2 (измеряемая температура велика, сопротивление датчика Rд мало, ток I1 велик) - стрелка отклоняется вправо, если М2 больше М1 (температура мала, значение Rд велико и мало значение тока I1) - стрелка отклоняется влево. Суммарная МДС М_S поворачивается относительно вертикальной оси в зависимости от значения сопротивления датчика влево или вправо (см. рис. 1.2), т.е. угол поворота магнита и связанной с ним стрелки прибора стремится к 180 градусам.

Показания логометра не зависят от значения напряжения питания, так как с ростом или уменьшением напряжения токи всех обмоток, а, следовательно, и их МДС изменяются пропорционально, так что суммарная МДС не меняет своего направления.

Резистор температурной компенсации Rт выполняется из провода с малым температурным коэффициентом сопротивления (константан, манганин), оно практически не меняется с изменением температуры. Если обмотки выполнены из провода с малым температурным коэффициентом сопротивления, то резистор Rт отсутствует.

На рис. 1.1, б) представлена конструкция логометра. Магнит может поворачиваться вместе со стрелкой в магнитном поле обмоток, намотанных на пластмассовый каркас. Магнитный экран предотвращает влияние внешних полей на показания прибора. Стрелка при отключении прибора возвращается в нулевое положение за счет силы притяжения подвижного магнита к неподвижному, встроенному в нижнюю половину каркаса.

Приборы магнитоэлектрической системы различного назначения различаются конструкцией датчиков.

На рис. 1.3, а) изображена конструкция терморезистивного датчика. Его чувствительный элемент представляет собой полупроводниковую таблетку — терморезистор, отличительная особенность которого состоит в том, что рост температуры вызывает значительное уменьшение его сопротивления (рис. 1.3, б)).

Значение сопротивления датчика имеет существенный разброс, связанный, в основном, с качеством материала терморезистора и допуском на его линейные размеры. Терморезистивный датчик выполняется в виде латунного баллона с резьбой и шестигранником под ключ для установки его в место измерения. Таблетка терморезистора соединяется с выводом датчика через пружину, прижимающую ее к основанию баллона, и контактную втулку. Пружина изолируется от стенок баллона изоляционной втулкой.

Внутренняя полость баллона герметизирована.

Рис.1.3.Терморезистивный датчик: а) — конструкция; б) — зависимость сопротивления датчика от температуры; 1 — корпус; 2 — токоведущая пружина; 3 — изоляционная втулка; 4 — контактная втулка; 5 — таблетка терморезистора; 6 — изолятор; 7 — вывод

 

В измерителях уровня топлива используются реостатные датчики.

Значение сопротивления реостатного датчика (рис.1.4, а) изменяется с перемещением его ползунка. Перемещение ползунка вызывается перемещением связанного с ним поплавка, положение которого в пространстве соответствует уровню топлива в баке.

Реостатные датчики выполняются намоткой провода с высоким удельным сопротивлением (нихром, константан) на каркас или намазанными из проводящих паст на подложке.

Если автомобиль имеет два бака, то датчик помещают в каждый бак, так что водитель с помощью переключателя может определить уровень топлива в каждом баке. Специальные контакты, установленные в некоторых типах датчиков, замыкаются при снижении уровня топлива до минимального уровня, позволяющего проехать ограниченное расстояние. Контакты включают контрольную лампу на щитке водителя, т.е. образуют сигнализирующий прибор выработки топлива.

Схемы измерителя уровня топлива с реостатным датчиком и магнитоэлектрическим логометром представлены на рис 1.4, б) и в). Схема на рис. 1.4, в) характерна для системы напряжением 24 В, поэтому имеет добавочный резистор Rдоб., гасящий напряжение. Сопротивления Rт — термокомпенсационное, Rд — сопротивление датчика, HL — лампа контроля минимального уровня топлива.

Схемы работают аналогично схеме термометра с логометрическим указателем, изображенным рис. 1.1, а) с той лишь разницей, что в схеме на рис. 1.1, а) сопротивление датчика изменялось с изменением температуры, а в схемах по рис 1.4 сопротивление изменяется в зависимости от положения ползунка реостата, т.е. от уровня топлива в баке.

 

Рис.1.4.Измеритель уровня топлива с логометрическим указателем: а) — реостатный датчик; б), в) — электрическая схема измерителя соответственно на 12 и 24 В; 1— реостат; 2— ползунок; 3, 5—контакты сигнализатора резервного запаса топлива; 4— выводы; 6—ось поплавка; 7— поплавок; L1, L2, L3 - обмотки логометра; Rд — сопротивление датчика; Rт — резистор термокомпенсации; Rдоб. — добавочный резистор.

 

Измерители давления определяют давление в смазочной системе, а также в системе пневматических тормозов и централизованной подкачки шин. В них используются магнитоэлектрические логометрические указатели давления с мембранными датчиками с реостатным выходом или приборы импульсной системы.

Основным элементом датчика давления является мембрана — плоская или гофрированная пластина, выполненная из какого либо эластичного материала, жестко зажатая по краям. Герметичная полость, расположенная под мембраной, должна соединяться через штуцер с местом измерения давления. В большинстве случаев мембрану снабжают жестким центром, на котором укрепляют устройство связывающее мембрану с передающим механизмом. С изменением давления мембрана прогибается и ее жесткий центр перемещается. Связь перемещения жесткого центра с измеряемым давлением нелинейна.

Отличие датчиков давления друг от друга в основном состоит в том, как перемещение жесткого центра в них преобразуется в электрический сигнал. Это зависит от системы измерения, в которой используется датчик. На рис. 1.5, а) изображен датчик давления, снабженный реостатным выходом. Толкатель, закрепленный на жестком центре мембраны, через качалку воздействует на ползунок реостата, который при этом поворачивается вокруг своей оси.

а) б)

Рис.1.5.Измеритель давления (манометр): а) — датчик с реостатным выходом; б) — схема манометра с логометрическим измерителем; 1 — штуцер; 2 — мембрана; З — реостат; 4 — движок реостата; L1, L2, L3 — обмотки логометра; Rд, Rт — резисторы датчика и термокомпенсации.

 

Возвратное движение ползунка происходит под действием пружины. Ползунок соединен с массой датчика, и изменение сопротивления реостата происходит между его выводом и массой.

 

Конструкция указателя импульсной системы показана на рис. 1.6, в). Его основу составляет П-образная биметаллическая пластина, на одной ножке которой, соединенной со стрелкой, расположена нагревательная спираль, а другая ножка закреплена на регулировочном секторе. При регулировке прибора сектор с закрепленным на нем концом биметаллической пластины перемещают с помощью зубьев.

Второй регулировочный сектор с упругой пластиной, создающей шарнирную опору стрелки, при регулировке также может перемещаться с помощью своей зубчатой зоны. Соединенное с ним плечо П-образной пластины осуществляет термокомпенсацию: при изменении температуры воздуха, окружающего указатель, изгиб этого плеча компенсирует изгиб плеча, соединенного со стрелкой. Спирали указателя и термоэлектрического датчика включены последовательно (см. рис. 1.6, а)).

Рис. 1.6 Термометр импульсной системы: а) — электрическая схема термометра; б) — устройство термобиметаллического датчика; в) — устройство указателя импульсной системы; г) — электрическая схема термосигнализатора: 1 — датчик; 2— биметаллическая пластина; З — нагревательная спираль; 4— контакты; 5—указатель; 6— регулировочный сектор; 7— упругая пластина со стрелкой.

 

До включения прибора стрелка указателя находится в положении вне пределов градуированной шкалы прибора. После включения прибора ток начинает протекать в общей цепи спиралей датчика и указателя, нагревая биметаллические элементы. Биметаллическая пластина датчика изгибается, при этом размыкаются его контакты, ток в общей цепи пропадает. Время нахождения контактов датчика в разомкнутом состоянии зависит от температуры окружающей датчик среды. После остывания биметаллической пластины контакты замыкаются, и ток вновь начинает протекать в общей цепи датчика и указателя, нагревая биметаллические элементы.

Действующее значение тока в спирали, нагревающей биметаллическую пластину указателя, зависит от относительного времени нахождения контактов датчика в замкнутом состоянии.

Чем больше температура измеряемой среды, тем меньше время нахождения контактов в замкнутом состоянии, меньше ток, обтекающий спираль указателя, биметаллическая пластина указателя нагревается меньше, меньше деформируется и, следовательно, стрелка будет меньше отклоняться от положения ее в нулевом состоянии.

В сигнализаторах опасных значений температуры термобиметаллический датчик включает сигнальную лампу по схеме рис. 1.6, г).

Рис.1.7.Схема манометра импульсной системы; 1 — штуцер; 2 — мембрана; 5 — пластина неподвижного контакта; 6 — биметаллическая пластина со спиралью и подвижным контактом; 8 — биметаллическая пластина указателя.

 

В датчике манометра импульсной системы, (рис. 1.7) на жесткий центр мембраны опирается выступом упругая пластина с контактом, соединенным с массой. Другой контакт закреплен на плече П-образной биметаллической пластины с навитой на ней спиралью. Один конец спирали приварен к пластине, другой соединен через упругий токовод с выводом датчика.

Второе плечо П—образной биметаллической пластины закреплено на упругом держателе, положение которого можно изменить поворотом воздействующего на него регулятора. Это позволяет настраивать датчик, изменяя первоначальное усилие прижатия контактов друг к другу.

Изменение давления перемещает жесткий центр мембраны, при этом меняется усилие прижатия контактов друг к другу и соответственно изменяется относительное время нахождения их в замкнутом состоянии при нагреве биметалла током, протекающим через спираль.

В датчике сигнализатора аварийного давления на жесткий центр мембраны опирается рычаг выключателя, который и замыкает контакты, если давление превышает заданные пределы или, в зависимости от назначения датчика, если давление падает ниже допустимых пределов.

В электромагнитных указателях поворотный якорек из магнитомягкого материала, соединенный со стрелкой, притягивается двумя катушками, расположенными под углом (рис. 1.8).

Если МДС катушек одинаково, то силы воздействия на него обоих катушек уравновешиваются. При изменении сопротивления датчика Rд, например, в сторону уменьшения, ток в катушке L1 увеличивается, а в катушке L2 уменьшается, и якорек со стрелкой поворачивается в сторону большей силы притяжения, т.е. к катушке L1; при увеличении сопротивления датчика поворот происходит в обратную сторону. Уравновешивание действия магнитных сил на якорек и возврат стрелки в нулевое положение осуществляется под действием противовеса, которым снабжен якорек. Это накладывает определенные требования к ориентации электромагнитных указателей на приборном щитке.

Конструкция электромагнитного указателя содержит, кроме катушек, якорька, шкалы, стрелки и ряда конструктивных элементов магнитопровод катушек в виде полюсных наконечников для подведения магнитного потока катушек к якорьку.

Рис.1.8. Измерители уровня топлива с указателем электромагнитной системы: 1 — якорек; 2 — стрелка; 3 — полюсные наконечники; 4 — поплавок; L1, L2 – катушки указателя; Rд — сопротивление датчика.

 

Спидометры и тахометры.

Для измерения скорости движения автомобиля и отсчета пройденного пути применяют спидометр, а для измерения частоты вращения коленчатого вала — тахометр.Оба прибора могут быть магнитоиндукционного или электронного типа.

Тахометры приводятся в действие от распределительного вала двигателя, а спидометры — от ведомого вала коробки передач, (автомобили ЗИЛ-431410, ГАЗ-3307, МАЗ-5335 и др.) или проме­жуточного вала раздаточной коробки (автомобили ЗИЛ-131Н, ГАЗ-3308, -33097 «Садко»).

Спидометр объединяет два прибора — указатель скорости движения и счетчик пройденного пути. Широкое распространение получили спидометры СП201-А магнитоиндукционного типа. Устройство такого спидометра показано на рис. 1.9. Он состоит из постоянного магнита 7, жестко закрепленного на валу 11, ко­торый связан гибким тросом 10 с коробкой передач или раздаточ­ной коробкой. Магнит 7 помещается внутри чашеобразной алюминиевой картушки 6, соединенной через спиральную пружину 12 со стрелкой 3.

При вращении постоянного магнита 7 его магнитный поток пронизывает алюминиевую картушку 6, индуцируя в ней вихревые токи, создающие свое магнитное поле. В результате взаимодействия этих полей картушка поворачивается на определенный угол в сторону вращения магнита. Угол поворота картушки определяется моментом, созданным суммарным магнитным полем, и противодействующим моментом спиральной пружины. Когда наступает равенство этих моментов, стрелка прибора останавливается, указывая скорость автомобиля в километрах в час.

Счетчик пройденного пути приводится в действие от вала 11 с помощью понижающих червячных передач 9, 8 и 5. Непосредственно счетный узел имеет шесть барабанов 4, установленных на оси. С помощью шестерен 1 и 2 барабаны взаимодействуют между собой, обеспечивая отсчет суммарного пробега автомобиля в километрах. Автомобильные спидометры СП201-А обеспечивают надежную работу при условии, если длина гибкого троса 10 не превышает 3... 3,5 м. Поэтому на автомобилях большой массы, где длина приводного троса превышает указанную величину, применяют спидометры с электроприводом.

Рис. 1.9. Магнитоиндукционный спидометр СП201-А: 1, 2 – шестерни счётного узла; 3 – стрелка; 4 – барабан; 5, 8, 9 – червячные передачи; 6 – картушка; 7 – постоянный магнит; 10 – гибкий трос; 11 – вал; 12 – спиральная пружина.