Датчики контрольных приборов

Датчики контрольных приборов

Понятиям «датчик» обычно обозначают приемник и преобразователь измеряемой физической величины. Датчик состоит, по меньшей мере, из чувствительного элемента, воспринимающего изменения измеряемой физической величины, и элемента, преобразующего неэлектрический сигнал чувствительного элемента в электрический.

Датчики появились уже на первых автомобилях Даймлера и Бенца: здесь в системе зажигания применялся контактный датчик момента искрообразования. В 20-х годах прошлого века на автомобилях появились первые датчики, позволяющие контролировать работу основных агрегатов и систем, например датчики указателей уровня топлива и температуры охлаждающей жидкости. У современных автомобилей количество датчиков различного назначения исчисляется десятками: технологии и материалы позволяют выпускать датчики достаточно надежные, недорогие в производстве и обладающие приемлемой точностью.

По назначению датчики современных легковых автомобилей можно разде­лить на четыре группы: датчики контрольных приборов, датчики аварийных режимов, датчики систем зажигания и датчики электронных систем управления двигателем.

Датчики контрольных приборов являются элементами информационно-измерительной системы, обеспечивающей водителя информацией о ре­жиме движения, работоспособности или о состоянии агрегатов и автомо­биля в целом.

Датчик вместе с указателем (приемником) и элементами электрической связи между ними составляют контрольный измерительный прибор.

Датчик устанавливается в месте измерения и преобразует измеряемую физическую величину в пропорциональный электрический сигнал. В приемнике этот сигнал испытывает обратное преобразование.

В зависимости от назначения контрольного прибора используются различные типы датчиков; температуры, давления, уровня топлива и скорости автомобиля (датчик спидометра). Типы датчиков отечественных легковых автомобилей приведены в табл. 1.

Датчики температуры охлаждающей жидкости

Принцип действия. В датчиках температуры охлаждающей жидкости используются свойства металлов и полупроводников менять свое сопротивление при изменении температуры окружающей среды. Современные автомобили оснащены датчиками температуры, представляющими собой полупроводниковые резисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), — их сопротивление уменьшается с увеличением температуры окружающей среды. По сравнению с металлическими терморезисторами полупроводниковые обладают примерно в 10 раз большим значением ТКС, т.е. изменение температуры вызывает резкое изменение их сопротивления.

Датчик включается в электрическую цепь контрольного прибора (рис. 2). При изменении температуры ток, проходящий через датчик, изменяется, что вызывает отклонение стрелки указателя контрольного прибора. Сопротивление терморезистора датчика нелинейно зависит от температуры.

Рис. 2 — Схема включения датчика температуры в цепь контрольного прибора: Д — датчик; У — указатель; 11бс — напряжение бортовой сети; 1д — ток, протекающий через датчик

Устройство, работа, характеристики. Во всех отечественных автомобилях применяются указатели температуры охлаждающей жидкости (термометры) логометрического типа (рис. 3), принцип действия которых основан на взаимодействии поля постоянного магнита 6, соединенного со стрелкой 2, с результирующим магнитным полем трех измерительных обмоток (1, 3, 4), по которым протекает ток, причем величина тока в обмотке 1 зависит от сопротивления датчика.

Рис. 3 — Логометрический термометр: 1,3,4- обмотки указателя термометра; 2 — стрелка; 5 — термокомпенсационный резистор; 6 — постоянный магнит; 7 — датчик; 8 — терморезистор; 9 — токоведущая пружина

Датчик термометра (рис. 4) представляет собой латунный или бронзовый баллон (корпус) 3, на трасширенной верхней части которого выполнены шестигранник под ключ и коническая резьба для крепления датчика. К плоскому донышку баллона прижат терморезистор 1, выполненный в виде таблетки. Между зажимом датчика и таблеткой установлена токоведущая пружина 2, которая изолирована от стенки баллона. При низкой температуре охлаждающей жидкости сопротивление датчика велико, поэтому ток в обмотке 1 (см. рис. 1.3) и ее магнитный поток будут малы. Вследствие действия результирующего магнитного потока всех трех обмоток постоянный магнит и вместе с ним стрелка 2 повернуты в левую часть шкалы указателя. С увеличением температуры охлаждающей жидкости сопротивление терморезистора уменьшается увеличивается ток в обмотке 1 и создаваемый ею магнитный поток. магнитный поток обмоток также изменяется, и стрелка 2 поворачивается в правую часть шкалы указателя.

Дополнительные приборы в салон машины

Спортивный тахометр

Самый популярный прибор для тюнинга — это спортивный тахометр. Он, как правило, самый большой из альтернативных измерителей. В то время как обычные диаметры шкал приборов 50–60 мм, тахометры можно встретить на 120 мм.

Альтернативные тахометры – не просто указатель оборотов двигателя. Самые простейшие из них комплектуются дополнительной ограничительной меткой, которую водитель может выставить самостоятельно Более серьезные приборы комплектуются отсечкой по максимальным оборотам со световой индикацией предельных значений и памятью на несколько секунд или даже минут.

Отсечка по максимуму удобна, поскольку, к примеру, с использованием дополнительного светового предупреждения этот тахометр способен в очень доступной форме объявить водителю, что граница предельных оборотов двигателя достигнута и необходимо переключать передачу. А функция записи пригодится для гонщиков. Имея возможность посмотреть обороты двигателя в реальном времени при прохождении маршрута, водитель может затем выявить свои ошибки.

Дополнительные измерители температуры

В обычном автомобиле используем измеритель температуры охлаждающей жидкости. В тюнинге температурное измерение имеет большую популярность. Температура масла может дать дополнительную информацию об эффективности охлаждения мотора, что крайне важно при интенсивной езде. Вероятно, может понадобиться установка масляного насоса большей производительности, другого поддона картера с более эффективным отводом тепла.

Температура выхлопных газов дает понимание, насколько правильно осуществляются смесеобразование и процесс сгорания. Так, например, слишком высокая их температура (норма в среднем составляет порядка 900 О С) может говорить о чрезмерном обеднении рабочей смеси. Температура входящего воздуха подскажет причину снижения мощности вследствие плохой наполняемости цилиндров и возможную причину детонации. А температура после интеркулера скажет, насколько хорошо он справляется со своей задачей.

Измерители давления наддува двигателя

Эти приборы призваны показывать величину давления газов или жидкостей. Самый известный измеритель – Boost, Turbo или Turbo boost, короче говоря, измеритель давления наддува. Эти данные необходимы для управления автомобилями, оснащенными наддувом двигателя. Интересны решения, при которых этот измеритель выполняется сдвоенным, т. е. с двумя стрелками разных цветов. Одна показывает давление после нагнетателя, а другая – уже во впускном коллекторе.

Измеряется также давление топлива. При установке форсунок и топливного насоса повышенной производительности измеритель позволяет отслеживать давление в топливной системе, давая представление о корректности ее работы.

Дополнительные вольтметры и амперметры

Отдельного упоминания заслуживают дополнительные электрические измерители. Учитывая, что современные автомобили буквально напичканы различной электроникой, эффективность работы генератора и аккумуляторной батареи крайне важна. Например, измеритель бортового напряжения говорит об исправности аккумуляторной батареи.

Работа и назначение этих измерителей аналогичны общеизвестным устройствам. Вольтметр измеряет колебания напряжения в бортовой сети, а амперметр иллюстрирует процесс зарядки-разрядки аккумуляторной батареи. Из этой пары вольтметр наиболее информативен, но в паре эти приборы дают наиболее полное представление о работе системы электроснабжения, позволяя определить практически любую неисправность.

§ 11. Контрольно-измерительные приборы. Вольтметр. Указатель температуры охлаждающей жидкости. Указатель давления масла смазочной системы двигателя. Указатель уровня топлива. Спидометр.

К контрольно-измерительным приборам относят амперметр, вольтметр, термометры для измерения температуры жидкости в системе охлаждения, приборы для контроля давления масла в смазочной системе двигателя, указатели уровня топлива в баке, спидометры и тахометры.

Амперметр. Он служит для измерения силы зарядного и разрядного токов, состоит из корпуса (на рис. 47 не показан), изоляционной пластины 6, шкалы 7, латунной шины 5 с постоянным магнитом 4, стального намагниченного якоря 3 со стрелкой 1, установленной на ось 2. Если в цепи, в которую включен амперметр, тока нет, то якорь 3 устанавливается вдоль магнита 4, а стрелка 1 против нулевого деления шкалы. Как только по цепи потечет ток, созданное вокруг шины 5 магнитное поле, взаимодействуя с полем магнита, отклонит якорь 3 и стрелку 1 вправо или влево в зависимости от направления тока. Чем больше ток, тем больше отклоняется стрелка. Отклонение ее к знаку «+» на шкале соответствует заряду, а к знаку «—» — разряду аккумуляторной батареи.

Рис. 47. Схема амперметра:

1 — стрелка, 2 — ось стрелки, 3 — якорь, 4 — магнит, 5 — латунная шина, 6 — изоляционная пластина, 7 — шкала

У некоторых моделей автомобилей вместо амперметра (или наряду с ним) устанавливается контрольная лампа зарядного тока аккумулятора.

Вольтметр. Вольтметр магнитоэлектрический, применяемый на последних моделях автомобилей, служит для контроля степени заряженности аккумуляторной батареи и работы генератора. При включенном зажигании и неработающем двигателе вольтметр показывает напряжение на клеммах аккумуляторной батареи, а при работающем двигателе — напряжение, создаваемое генератором.

Для контроля температуры охлаждающей жидкости и давления масла в смазочной системе двигателя применяют специальные приборы магнитоэлектрического типа, электрически связанные с соответствующими датчиками.

Указатель температуры охлаждающей жидкости . Он состоит из датчика Д (рис. 48, а), ввернутого в резьбовое отверстие головки цилиндров, и приемника (логометра) П. С помощью логометра можно повысить точность измерений и надежность указателя, а также устранить радиопомехи при его работе. В корпусе 8 датчика установлен диск, представляющий собой терморезистор 9. Терморезистор является полупроводником, сопротивление которого изменяется с изменением его температуры (уменьшается при нагревании и увеличивается при охлаждении). Внутри магнитного экрана корпуса прибора расположены неподвижные обмотки 2, 3 и 5, намотанные на капроновые колодки под углом 90° относительно друг друга и включенные в две параллельные ветви.

Рис. 48. Указатели температуры охлаждающей жидкости (а) и давления масла в системе смазки двигателя (б): 1 — постоянный магнит, 2, 3, 5 — обмотки, 4 — стрелка прибора, 6— резистор, 7 — источник напряжения, 8 — корпус датчика, 9 — терморезистор, 10 — пружина, 11 — мембрана, 12— реостат

На ось алюминиевой стрелки 4 установлен изготовленный в виде диска постоянный магнит 1, который удерживает стрелку в нулевом положении. При замыкания выключателя по обмоткам проходят токи в направлениях, указанных стрелками. Ток в обмотках 3 и 5 постоянный, а в обмотке 2 зависит от температуры в терморезисторе. При понижении температуры охлаждающей жидкости резко увеличивается сопротивление терморезистора 9, ток в обмотке 2 и созданный ею магнитный поток уменьшаются. Магнит 1 под действием равнодействующего магнитного потока обмоток 3 и 5 поворачивает стрелку в сторону меньших температур.

На щитке приборов некоторых автомобилей кроме указателя температуры охлаждающей жидкости устанавливают зеленую сигнальную лампу, предупреждающую водителя о перегреве двигателя. В цепь лампы включен датчик, расположенный в верхнем бачке радиатора и имеющий биметаллическую пластину с нормально открытыми контактами. При повышении температуры охлаждающей жидкости до 92. 98°С (для автомобиля ГАЗ-24 104. 109°С) биметаллическая пластина изгибается, контакты датчика замыкаются и включают в цепь сигнальную лампу.

Указатель давления масла смазочной системы двигателя. Такой указатель состоит из реостатного датчика Д (рис. 48, б), соединенного с масляной магистралью двигателя, и приемника (логометра) П. По мере увеличения давления масла и прогиба мембраны 11 сопротивление реостата 12 уменьшается, снижая ток в обмотке 2 (почти до нуля при давлении 1000 кН/см 2 ) и увеличивая силу тока в обмотках 3 и 5. Так как магнитные потоки обмоток 2 и 5 при этом вычитаются, а их магнитные потоки и магнитный поток обмотки 3 действует под углом 90° относительно друг друга, то направление и величина равнодействующего магнитного потока изменяются так, что магнит и стрелка отклоняются в сторону больших давлений на шкале.

На некоторых моделях автомобилей наряду с указателем давления масла (или вместо него) применяют аварийный сигнализатор давления масла, предупреждающий водителя о чрезмерном снижении давления в смазочной системе двигателя. Сигнализатор состоит из контрольной лампы, расположенной на щитке приборов, и датчика, установленного на масляном фильтре или в блоке цилиндров и соединенного с масляной магистралью двигателя. Если давление в магистрали нормальное, то диафрагма датчика прогнута, его контакты разомкнуты и контрольная лампа выключена из цепи. В случае снижения давления до 70. 40 МПа диафрагма выпрямляется, контакты датчика замыкаются и включают контрольную лампу в цепь.

Указатель уровня топлива. Указатель состоит из регулируемого резистора датчика Д (рис. 49), установленного в топливном баке, и приемника П магнитоэлектрического или электромагнитного типа.

Рис. 49. Электромагнитный (а) и магнитоэлектрический (б) указатели уровня топлива: 1 — источник питания, 2 — обмотка прибора, 3 — стрелка прибора, 4 — реостат датчика, 5 — поплавок датчика

Спидометр. Указывая скорость движения, он одновременно отсчитывает путь, пройденный автомобилем. Спидометр состоит из двух механизмов (рис. 50), объединенных общим кожухом и основанием: указателя скорости (скоростного узла) и счетного узла (счетчика). Механизм указателя скорости состоит из валика 1 привода магнита с жестко укрепленным на нем магнитом 5, приводимым во вращение с помощью гибкого троса от ведомого вала коробки передач.

Рис. 50. Спидометр: 1 — валик, 2 — фитиль, 3 — заглушка, 4 — магнитный шунт, 5 – магнит, 6 — картушка, 7- магнитный экран, 8 — пружина, 9 — стрелка, 10 — рычажок, 11, 12 — валики привода счетчика

При вращении магнита его магнитный поток пронизывает металлический диск (картушку) 6. В результате в теле картушки индуктируется э.д.с, создающая вихревые токи. Токи в свою очередь тоже создают магнитное поле, которое, взаимодействуя с полюсами вращающего магнита, вызывает поворот картушки в сторону вращения магнита, а вместе с ней и стрелки 9, указывающей скорость движения автомобиля в км/ч.

Момент вращения картушки уравновешивается противодействующим моментом пружины 8.

Магнит 5 защищается магнитным экраном 7 от размагничивания посторонними магнитными полями. Для предупреждения искажений в показаниях прибора при изменении температуры устанавливают магнитный шунт 4 (термокомпенсатор).

Счетчик спидометра состоит из системы валиков 11 и 12, взаимодействующих с помощью червячных передач. С валиком 11 связаны барабанчики счетчика, которые имеют на внутренней стороне обода зубья и связаны между собой штифтами, помещенными между каждой парой барабанчиков на кронштейнах. На наружную сторону обода барабанчиков нанесены равные промежутки цифр от 0 до 9.

Контрольно-измерительные приборы автомобиля и их устройство

Контрольно-измерительные устройства помогают водителю следить за состоянием и работой механизмов, систем и агрегатов машины. К ним относятся указатели давления масла, температуры охлаждающей жидкости, уровня топлива в баке, амперметр и аварийные сигнализаторы пониженного давления масла и перегрева двигателя. Все указатели смонтированы на щитке приборов. Их датчики расположены в зоне измеряемых показателей.

По характеру передаваемой информации все устройства можно разделить на:

• указывающие (указатели);
• сигнализирующие (сигнализа­торы).

Указывающие устройства снабжены шкалой и стрелкой, прибли­женно показывающей значение измеряемого параметра. Сигнализа­торы предупреждают водителей звуком, светом, сигналами об ава­рийном состоянии контролируемой системы, оставшемся резерве топлива или конкретном состоянии механизма (включено, вы­ключено).

На старых моделях тракторов и автомобилей применялись меха­нические и электротепловые импульсные устройства. На современ­ных моделях используются магнитоэлектрические устройства, не имеющие подвижных контактов и пружин для возврата стрелок в исходное состояние. Они не создают радиопомех и обеспечивают повышенную точность измерения.

Контрольно-измерительное устройство состоит из датчика, уста­новленного в контролируемой среде и соединенного с ним указателя или сигнализатора (лампы, звукового сигнала), помещенных на щит­ке в кабине водителя.

Датчики указателей преобразуют изменение измеряемого пара­метра (давления, температуры, частоты вращения и др.) в пропор­циональные им электрические сигналы, которые по проводам пере­даются в приемное устройство указателя и отклоняют стрелку на угол, соответствующий величине поступающих сигналов.

Датчики сигнализаторов при определенной величине контроли­руемой среды замыкают цепи контрольной лампы или звукового сиг­нала. Разрабатываются электронные щитки приборов.

Рис. Датчики давления:
а — с мембранным чувствительным элементом; б — бесконтактный индуктивный; в — интегральный с полупроводниковыми тензоэлементами; 1 — потенциометр; 2 — корпус мембранного механизма; 3 — мембрана; 4 — калиброванная пружина; 5 — шток; 6 — амортизатор; 7 — магнитопровод; 8 — первичная обмотка; 9 — мембран­ная камера; 10 — корпус; 11 — вторичная обмотка; 12 — электрические контакты; 13 — полупроводниковые тензорезисторы; 14 — контактные площадки

Рис. Указатели и сигнализаторы давления:
а — схема указателя давления масла: 1—диафрагма; 2 — переменный резис­тор; 3 — резистор термокомпенсационный; 4 — магнит постоянный; 6, 7, 9 — обмотки катушек; 8— стрелка; 10— предохранитель; 11— выключатель зажи­гания;
б — сигнализатор аварийного давления масла: 1— датчик; 2 — контрольная лампа; 3 — предохранитель; 4 — выключатель зажигания; 5 — указатель токов; 6 — аккумуляторная батарея; 7 — контакты;
в — датчик сигнализатора аварийного давления воздуха в тормозной системе:1, 7 — контактные пластины; 2 — штеккер; 3 — фильтр; 4 — изолятор; 5 — пружина;- 6 — толкатель; 8 — диафрагма; 9 — корпус.

Рис. Схемы магнитоэлектрического указателя температуры охлаж­дающей жидкости:
а — общая: 1 — терморезистор; 2 — баллов; 3 — пружина; 4 — выводной зажим; 5 — патрон бумажный; 6 — стрелка; 7 — экран; 8 — магнит подвижной; 9 — кар­кас пластмассовый; 10 — прорезь; 11 — ограничитель; 12 — магнит неподвиж­ный; 13 — выключатель зажигания; Kl, K2, КЗ — катушки; RTK — резистор;
б — электрическая схема;
в — датчик указателя температуры электролита в аккумуляторной батарее; 1 — зажимы выводные; 2 — втулка изолирующая зажимов; 3 — прокладка уплотнительная; 4 — отверстие газоотводящее; 5 — корпус; 6 — цилиндр по­лиэтиленовый; 7 — баллон латунный; 8 — патрон бумажный; 9 — пружина контактная; 10 — чашка латунная; 11 — терморезистор.

Рис. Схемы магнитоэлектрических указателей уровней топлива:
а — для 24-вольтной системы: 1 — реостат датчика; 2 — ползун реостата; 3, 6 — упоры рычага поплавка; 4 — поплавок; 5 — втулка рычага; 7 — контактные пластины; 8 — штеккерные выводы; 9 — токоведущие пластины; 10 — крон­штейн подвески датчика; 11 — основание;
12 — корпус;
б — для 12-вольтной системы.

Рис. Спидометр с электроприводом:
а — указатель 12.3802; б —датчик МЭ307; 1, 30 — корпуса; 2, 29 — статоры; 3 — сердечник; 4 — катуш­ка; 5, 34 — крышки; 6 — штифт; 7 — маслоотражательный диск; 8 —вал маг­нитов; 9 —пружина; 10 — винт; 11, 26 — втулки; 12, 13, 27 —магниты; 14 — картушка; 15 — кожух; 16 — пружина стрелки; 17 — пластина с печатной схе­мой; 18 — стрелка; 19 — мостик для счетного узла; 20 — шкала; 21 — ось стрелки; 22 — магнитный шунт; 23 — магнитный экран; 24 — штеккерный разъ­ем для подключения датчика и провода от источника тока; 25 — соедини­тель; 28, 33 — катушки; 31 — вал магнита; 32 — сердечник катушки;
в — принципиальная схема.

Рис. Сигнализатор пере­грузки колосового и зернового шнеков:
1, 9 — неподвижный и подвижной; 9 — контакты; 2 — втулка; 3 — валик; 4 — прокладка; 5 — рычаг-вилка; 6 — крышка; 7 — пружина; 8 — регули­ровочный винт; 10 — корпус; 11 — провод; 12 — контактный винт

Рис. Электродвигатель с электромагнитным возбуждением:
1 — якорь; 2 — крышка; 3 — винт 4 — траверса; 5, 14 — пластинчатые пружины; 6 — фетровая набивка; 7, 15 — подшипники; 8 — коллектор; 9 — щетка; 10 — щеткодержатель; 11 — корпус; 12 — пакет статора; 13 — обмотка возбуждения; 16 — выходной вал

Рис. Детали моторедуктора очистителя ветрового стекла:
1 — крышка; 2 — помехоподавительный конденсатор; 3 — панель с контактами концевого выключателя; 4 — прокладка; 5 — зубчатое колесо с выходным валом моторедуктора; 6 — промежуточные зубчатые колеса; 7 — корпус редуктора; 8 — термобиметаллический предохранитель; 9 — помехоподавительный дроссель; 10 — якорь; 11 — корпус электродвигателя

Рис. Мотонасос 2002.3730:
1 — электродвигатель; 2 — крепежный винт; 3 — корпус насоса; 4 — крыльчатка