Приборы измерения давления и разрежения

Приборы измерения давления (манометры) применяют в авто­мобиле для контроля давления масла в двигателе, воздуха в пнев­матической тормозной системе, масла в гидромеханической пере­даче, в централизованной системе подкачки воздуха и др.

Эксплуатация автомобиля с неисправными приборами контроля давления масла и воздуха запрещена, так как может привести к аварийным режимам. Для экстренного привлечения внимания во­дителя во многих системах манометр дублируется сигнализатором аварийного давления.

В последние годы широко применяется прибор, контролирующий разрежение во впускном коллекторе - эконометр. Руководствуясь показаниями этого прибора, водитель имеет возможность выбора режима движения, соответствующего наименьшему расходу топлива.

По способу измерения манометры делятся на приборы непо­средственного действия и электрические. Приборы непосредствен­ного действия имеют чувствительный элемент и указатель, устанавливаемый на приборной панели. Давление контролируемой среды подводится к чувствительному элементу по трубопроводу.

Электрические манометры основаны на преобразовании не-электрических показателей в электрические и содержат датчик и указатель, связанные линией передачи.

К приборам непосредственного действия относятся манометры с трубчатой пружиной, а к электрическим - термобиметаллические импульсные и логометрические с реостатным датчиком.

Основной деталью манометра с трубчатой пружиной (рис. 5.1) является упругая плоская или овальная трубка 4 с поперечным сечением, симметричным относительно главных ее осей X и Y. Трубка изогнута по дуге окружности и состоит из одного неполного витка. Один конец трубки впаян в штуцер 7, через отверстие в котором жидкость или воздух из контролируемой системы попадает в трубчатую пружину, а второй конец соединен с тягой 6, которая через передаточный механизм, закрепленный в корпусе 7, приводит в движение стрелку 2 прибора.

Под действием давления внутри трубки она расширяется (размер по малой оси ее поперечного сечения /увеличивается, а по большой оси X уменьшается). Длина дуг А и Д наружной и внутренней стенок трубки при этом практически не изменяется. Вследствие этого кривизна дуги, по которой изогнута трубчатая пружина, снижается, а трубка разгибается. При разгибании трубки ее свободный конец перемещается, передвигая связанную с ним стрелку прибора. Регулировка осуществляется с помощью подвижной платы 8 и винта 9.

В манометрах с трубчатой пружиной передача к стрелке 2 осуществляется трубчатым сектором 5 и трубкой 10. Пружина-волосок на оси стрелки компенсирует влияние на показание прибора зазоров в передаточном механизме.

 

Рис. 5.1. Приборы измерения давления и разрежения: а - манометр непосредственного действия; б -эконометр

 

Аналогичный принцип действия положен в основу работы эконо- метра, устанавливаемого, в частности, на автомобилях семейства ВАЗ-2108 (рис. 5.1,6). Манометрическая трубчатая пружина в данном случае реагирует не на давление, а на разрежение. По положению стрелки в одной из двух зон шкалы эконометра водитель может оце­нивать экономичность выбранного режима движения, а также полу­чать информацию о ряде неисправностей двигателя. При нахожде­нии стрелки в левой зоне двигатель работает под высокой нагрузкой или с большим ускорением. Происходит чрезмерное потребление топлива, что можно избежать, перейдя на другую передачу или изме­нив режим движения. Нахождение стрелки в правой зоне шкалы сви­детельствует об экономичном режиме потребления топлива. Колеба­ния стрелки вдоль левой зоны указывают на неисправное функцио­нирование клапанов или неправильную установку зажигания. Если стрелка колеблется вдоль левой зоны и захватывает правую зону, это указывает на потерю компрессии в двигателе.

Недостатками манометрической трубчатой пружины, применяемой в автомобильных КИП, являются ее низкая виброустойчивость и невысокая перегрузочная способность.

Термобиметаллический импульсный манометр включает датчик и указатель. Датчик манометра (рис. 5.2) имеет мембрану 10, на центральную часть которой опирается выступом 11 упругая пластина 1 с контактом, соединенным с «массой». В датчике размещена П-образная термобиметаллическая пластина, электрически изолированная от «массы». На рабочее плечо 2 этой пластины навита обмотка 3, один конец которой приварен к термобиметаллической пластине, а второй 9 присоединен к выводному зажиму 6 через упругий вывод 5. На конце рабочего плеча термобиметаллической пластины установлен второй контакт 4. При отсутствии давления под мембраной контакт 4 соединен с контактом на упругой пластине 1. Второе плечо термобиметаллической пластины закреплено на упругом держателе 7, положение которого в пространстве вместе с термобиметаллической пластиной можно изменять поворотом регулятора 8.

Указатель термобиметаллического импульсного манометра (рис.5.3) состоит из П-образной термобиметаллической пластины 3.Пластина одним концом закреплена на регулировочном зубчатом секторе 8, а другим соединена со стрелкой 7.

На рабочее плечо термобиметаллической пластины 3 навита 4 обмотка 1, включенная последовательно с обмоткой датчика. Оба конца этой обмотки выведены на зажимы 2 прибора. Второе плечо пластины 3, так же как и датчика, выполняет роль компенсатора изменения внешней температуры.

Рабочий конец термотермобиметаллического указателя биметаллической пластины ука -зателя имеет крючок 6, зацепленный со стрелкой. Крючок на пру­жинной пластике 5 регулировочного сектора 4 также соединен со стрелкой.

 

При возникновении давления под мембраной датчика упругая пластина с контактом поднимается и входит в контакт с термобиме­таллической пластиной. Ток, проходящий по образовавшейся вследствие этого цепи, нагревает термобиметаллическую пластину указателя. Контакты датчика при нагревании рабочего плеча тер­мобиметаллической пластины вследствие ее изгиба размыкаются и прерывают ток до момента остывания пластины и последующего замыкания контактов.

При установившемся давлении в датчике происходит периоди­ческое размыкание контактов. При этом время разогрева термоби­металлический пластины датчика, когда контакты замкнуты, зависит от степени ее деформации (от давления в датчике). Время охлаж­дения пластины, когда контакты разомкнуты, зависит от степени нагрева пластины по отношению к окружающей среде. Чем больше давление в датчике, тем больше разогрев пластины указателя, так как время замкнутого состояния контактов датчика по отношению ко времени разомкнутого состояния возрастает. Эффективный ток в обмотке указателя увеличивается и его термобиметаллическая пластина деформируется и перемещает стрелку по шкале.

Логометрический указатель давления состоит из реостатного дат­чика и магнитоэлектрического указателя. Реостатный датчик (рис. 5.4 логометрического манометра состоит из основания 1 со штуце­ром, на котором закреплена гофрированная мембрана 2 с помощью стального ранта 3, несущего на себе реостат 4 с передаточным ме­ханизмом. В центре мембраны установлен толкатель 1 7, на который опирается качалка 9 с регулировочными винтами 10. Качалка воздей­ствует на ползунок 5 реостата, поворачивая его вокруг оси 6. Пружи­на 8 противодействует смещению ползунка. Чтобы пульсации давле­ния в контролируемой системе не вызывали колебаний ползунка по реостату, в канал штуцера датчика запрессована дюза 12 со стерж­нем для очистки прохода, которая создает большое сопротивление протеканию масла или воздуха и тем самым сглаживает влияние резких изменений давления на показания прибора.

При подаче масла или воздуха в датчик мембрана под давлени­ем выгибается и через качалку и опорную площадку 7 сдвигает пол­зунок по реостату. При снижении давления мембрана под действием собственной упругости опускается и возвратная пружина 8 сдвигает ползунок и детали рычажной передачи в исходное положение.

 

 

Рис. 5.4. Реостатный датчик лого­метрического манометра

Рис. 5.5. Указатель логометрического манометра

 

 

В качестве указателя логометрического манометра применяют магнитоэлектрический прибор (рис. 5.5), состоящий из двух пласт­массовых полукаркасов 2, на которые намотаны три измеритель­ные катушки 5, причем одна катушка расположена под углом 90° к двум другим. Постоянный магнит 3 установлен внутри каркаса на одной оси со стрелкой 6. Магнит может поворачиваться, ориенти­руясь вдоль магнитных силовых линий результирующего вектора напряженности трех катушек. В каркасе установлен подпятник 4 оси магнита и стрелки. Мостик 7 закреплен на каркасе и служит опорой шкалы прибора. Между мостиком и шайбой, закрепленной на оси магнита, а также в подшипник вводят кремнийорганическую жид­кость, которая демпфирует колебания подвижной системы в усло­виях вибрации. Для возврата подвижной системы в нулевое поло­жение при включенном приборе служит миниатюрный магнит, за­кладываемый между полукаркасами. Для исключения воздействия на показания прибора посторонних магнитных полей и влияния по­лей катушек на показания других приборов собранный каркас раз­мещают в цилиндрическом экране 1.

При включении датчика и указателя в цепь питания (рис. 5.6) ток проходит по катушкам И/_ь W₂, И/₃, по реостату датчика R_я и термо­компенсационному резистору R_TK. Изменение давления в контроли­руемой системе вызывает изменение сопротивления реостата дат­чика R_я, подключенного параллельно катушке W,. Ток, протекаю­щий по катушке Wu изменяет свое значение, что приводит к изменению вектора напряженности поля, создаваемого этой катушкой. Изменение сопротивления реостата Rд оказывает влияние на силу тока, протекающего в катушках W₂,

И/3, но это влияние не такое существенное, как в случае с катушкой W₂. Изменение направления результирующего вектора напряженности вызывает отклонение магнита и стрелки логометра.

Логометрические автомобильные приборы вытесняют импульсные термобиметаллические, поскольку они имеют ряд существенных преимуществ. Датчики логометров не имеют размыкающихся кон-тактов, которые подвержены эрозионному износу и создают помехи радиоприему. Логометрический указатель имеет больший угол перемещения стрелки, что дает возможность получить шкалу прибора с лучшей читаемостью показаний. Логометрический указатель лучше скомпенсирован от влияния изменения питающего напряжения и изменения внешней температуры, так как векторы напряженности магнитных полей всех катушек изменяют свою величину практически пропорционально при изменении питающего напряжения или окружающей температуры и поэтому направление суммарного вектора, а значит, и положение стрелки прибора не изменяется.

 

 

Применение на автомобиле манометра со стрелочным указателем давления часто недостаточно для обеспечения надежного контроля. Изменение давления за допустимые пределы может наступить неожиданно, и в этом случае сигнализатор давления в отличие от стрелочного прибора немедленно привлечет внимание водителя. В некоторых случаях в контролируемой системе вообще применяют только сигнализатор, не используя стрелочный прибор. На автомобилях находят применение сигнализаторы аварийного (ми-нимального) давления в системе смазывания, аварийного давления в пневмоприводе, в вакуумной системе открывания дверей и других рабочих системах автомобиля.

В качестве примера рассмотрим конструкцию датчика аварийного давления, применяемого на автомобилях ВАЗ и КамАЗ. Датчик (рис. 5.7) имеет корпус 9 в виде полого штуцера, который внутри разделен на две полости диафрагмой 8 из тонкой полиэфирной пленки. В полость под диафрагмой поступает масло из системы смазки и поднимает ее вместе с толкате­лем 6. В полости над диафрагмой уста­новлены неподвижный 7 и подвижной 1 контакты и пружина 5, противодействую­щая перемещению диафрагмы, которая выполняет роль чувствительного элемен­та датчика. Сверху корпус закрыт изолято­ром 4 со штекерным разъемом 2, под ко­торым установлен специальный фильтр 3, уравнивающий давление в надмембран- ной полости с внешним атмосферным.

Рис. 5.7. Датчик ава­рийного давления

При возникновении давления в подди- афрагменном пространстве датчика, сооб­щенном с контролируемой системой, диа­фрагма 8 выгибается и размыкает контакты

1 и 7; при падении давления контакты за­мыкаются, что приводит к включению кон­трольной лампочки на панели приборов.

5.2.2. Приборы измерения температуры

Для эффективной работы систем и агрегатов автомобиля необ­ходимо контролировать их температурный режим работы. Напри­мер, при эксплуатации непрогретого двигателя резко снижаются его мощностные и экономические показатели, а его перегрев непре­менно ведет к снижению ресурса или возникновению неисправно­стей. Для контроля температурного режима работы узлов и агрега­тов на автомобиле применяются дистанционные термометры и сиг­нализаторы температуры, датчики которых устанавливают в кон­тролируемой среде, а указатели - на панели приборов автомобиля. По конструкции и принципу действия автомобильные приборы из­мерения температуры разделяются на термобиметаллические им­пульсные и логометрические.

Термобиметаллический импульсный термометр состоит из дат­чика и стрелочного указателя. Датчик (рис. 5.8) представляет собой латунный тонкостенный баллон 9, закрепленный в корпус 6. Термо­биметаллическая пластина 3 баллона закреплена на изоляторе ос­нования 8. На термобиметаллическую пластину намотана нагрева­тельная обмотка 4, один конец которой соединен с контактом 2, а второй через контактную деталь 5 подходит к выводному зажиму 7. Неподвижный контакт 1 соединен с корпусом датчика.

Указатель термобиметаллического термометра по своей конст-рукции и принципу действия аналогичен термобиметаллическому указателю давления (см. рис. 5.3).

Логометрические термометры, так же как и манометры, состоят из датчика и указателя. Конструкция и принцип действия указателей логометрического термометра и указателя давления (см. рис. 5.5) аналогичны. Терморезисторный датчик температуры (рис. 5.9) представляет собой латунный баллон 7, к плоскому донышку которого с помощью токоведущей пружины 3 прижат терморезистор 4, выполненный в виде таблетки. Пружина 3 верхним концом соединяется с за-жимом 2 датчика и изолирована от стенки баллона втулкой 5. Сопротивление терморезистора значительно уменьшается при увеличении его температуры, что приводит к возрастанию тока, проходящего че-рез измерительные катушки логометрического указателя.

Применение на автомобиле дистанционного стрелочного термометра не гарантирует, что внезапное нарушение теплового режима двигателя будет сразу замечено водителем. Поэтому в дополнение к стрелочному термометру устанавливают сигнализатор аварийной температуры. Причем, если система охлаждения двигателя жидкостная, датчик сигнализатора температуры устанавливают в верхний бачок радиатора. Если на автомобиле двигатель с воздушным охлаждением, то датчик сигнализатора аварийной температуры устанавливают в смазочную систему и по температуре масла судят о темпе-ратурном режиме двигателя (автомобили семейств ЗАЗ и ЛуАЗ). Сигнализаторы применяют также для контроля температуры масла в автоматической коробке передач (автобусы ЛиАЗ). 

Рис. 5.8. Датчик термобиметалли­ческого импульсного термометра

 

Рис. 5.9. Терморезисторный датчик температуры

 

Все применяемые на автомоби­лях датчики сигнализаторов аварий­ной температуры являются биме­таллическими. Рассмотрим конст­рукцию датчика, применяемого на автомобилях КамАЗ для контроля аварийной температуры охлаждаю­щей жидкости. Датчик (рис. 5.10) имеет массивный латунный корпус 7, на дне которого под прижимной шайбой 6 находится петлеобразная термобиметаллическая пластина 1 с контактом 5. В выводном зажиме 3, изолированном от корпуса 2, может перемещаться по резьбе тарельчатый контакт 4, завинчивая или вывинчивая который, устанавливают температуру замыкания контактов. При достижении температуры охлаждающей жидкости

 

.98°С (в зависимости от модели двигателя) термобиметалличе­ская пластина разгибается и замыкает контакты 5 и 4, что приводит к загоранию контрольной лампочки на приборной панели.

5.2.3.

Рис. 5.10. Датчик сигнализа­тора аварийной температуры

Приборы измерения уровня топлива

Приборы измерения уровня топлива предназначены для инфор­мирования водителя об имеющемся количестве топлива в баке ав­томобиля. Эта информация позволяет водителю рассчитать рас­стояние, которое может проехать автомобиль без дополнительной заправки топливом.

На современных автомобилях применяют дистанционные элек­трические указатели уровня топлива двух типов: электромагнитные и магнитоэлектрические (логометрические). Для непосредственного измерения уровня топлива в баке используются реостатные датчи­ки с поплавковым устройством, применяющиеся в комплекте как с электромагнитным, так и с магнитоэлектрическим указателем, уста­новленным на панели приборов.

Схема электромагнитного указателя уровня топлива показана на рис. 5.11. Наличие двух электромагнитов в указателе позволяет измерять уровень топлива независимо от изменений питающего напряжения. После замыкания выключателя зажигания ВЗ через обмотки электромагнитов 1 и 3 пойдет ток и установится результи­рующий магнитный поток, который, воздействуя на стальной якорек 2, соединенный со стрелкой прибора, установит стрелку в опреде­ленной части шкалы прибора.

При отсутствии топлива в баке поплавок 5 датчика, находясь в нижнем положении, выведет сопротивление 4 реостата датчика и закоротит обмотку электромагнита 3. Создаваемый этой обмоткой поток станет равным нулю. Магнитный поток обмотки 1 вызовет поворот якорька 2 и стрелки прибора в левую сторону шкалы к отметке 0. Стрелка будет удерживаться в этом положении после выключения прибора благодаря наличию противовеса 7. По мере наполнения бака и всплытия поплавка выводится сопротивление реостата 4, что увеличивает ток и создаваемый им магнитный поток в обмотке электромагнита 3. Вследствие этого якорек со стрелкой повернется вправо. Наличие специального магнитопровода 6 обеспечивает замыкание магнитного потока через якорек 2.

 

Рис. 5.10. Датчик сигнализа­тора аварийной температуры

 

 

Рис. 5.11. Электромагнитный указатель уровня топлива

 

Конструкция логометрического указателя уровня топлива аналогична конструкции логометрического указателя давления и температуры (см. рис. 5.5), но отличается обмоточными данными и раз-мерами резисторов. Логометрический указатель обладает значительно меньшей погрешностью измерения по сравнению с электромагнитным указателем благодаря отсутствию массивных магнитопроводов, магнитная проницаемость которых значительно изменяется с изменением температуры. Кроме того, логометрические указатели обладают большим углом поворота стрелки, а якорек и стрелка логометра не имеют дисбаланса.

На автомобилях семейств ВАЗ и ГАЗ «Волга» применяются датчики уровня топлива, снабженные контактным устройством, при помощи которого включается сигнализатор, оповещающий водителя о снижении уровня топлива до минимального значения и необходимости заправки.