Контрольно-вимірювальні прилади автомобілів

Загальні відомості

Автомобільні контрольно-вимірювальні прилади (КВП) поділяють на електричні та механічні. Електричні прилади живляться від електричної бортової мережі автомобіля. Механічні прилади дають показання, використовуючи енергію вимірюваного середовища (наприклад, манометри для вимірювання тиску в системі мащення). Перевагою електричних приладів, що забезпечила їм широке поширення на автомобілях, є простота передачі сигналу з місця контролю до місця спостереження.

Електричний контрольно-вимірювальний прилад автомобіля складається з датчика та покажчика, з'єднаних між собою проводами передачі сигналу. У місці контролю встановлюють датчик приладу, а в місці спостереження покажчик. Датчик має зазвичай, крім чутливого елемента, що вимірює контрольований параметр, який-небудь перетворювач сигналу в електричну величину, що передається в приймач покажчика. Сигнал, що надходить в приймач, перетворюється у переміщення стрілки, і за шкалою покажчика, відградуйованою у вибраній системі одиниць, можна визначити значення контрольованого параметра.

За призначенням всі контрольно-вимірювальні прилади автомобілів поділяють на такі групи:

• вимірювання температури (термометри);

• вимірювання тиску (манометри);

• вимірювання рівня палива;

• контролю зарядного режиму акумуляторної батареї;

• вимірювання швидкості автомобіля та пройденого шляху (спідометри);

• вимірювання частоти обертання (тахометри).

До контрольно-вимірювальних приладів на автомобілі можна також віднести тахографи - пристрої, призначені для контролю швидкості і пройденого шляху транспортного засобу, часу праці та відпочинку водія. Тахограф поєднує в собі функції годинника і спідометра.

Крім вимог, що диктуються умовами експлуатації автомобільних приладів, існують інші, що виникають внаслідок особливостей їх застосування на транспортних засобах. До таких вимог відносять наступні:

• автомобільні прилади не повинні випромінювати в навколишній простір перешкод, що заважають радіо- та телеприйому;

• показання стрілочних приладів повинні бути зручними для зчитування, щоб водій міг оцінити показання, не затримуючи довго увагу на приладі;

• сигналізатори у вимкненому стані мають бути малопомітними, а при включенні негайно привертати увагу водія;

• розташування всіх приладів у полі зору водія має підкорятися певним рекомендаціям інженерної психології та відповідати естетичному оформленню панелі приладів автомобіля;

• комплект контрольно-вимірювальних приладів має бути недорогим у виробництві та простим в обслуговуванні;

• термін служби приладів в експлуатації при збереженні заданої точності показань повинен бути не меншим за термін служби автомобіля до капітального ремонту.

Відліковий пристрій залежно від характеру показань приладів виконується у вигляді:

• шкали та покажчика (показуючі прилади),

• записуючого пристрою та діаграмного паперу (самописні прилади),

• рахуючого пристрою (інтегруючі прилади).

Шкала показуючого приладу складається з ряду послідовно нанесених на плоскому або профільному (циліндричному) циферблаті відміток (поділок), що відповідають числовим значенням вимірюваної величини. Циферблатом називається лицьова сторона приладу, на якій нанесені шкала, умовні позначення та пояснювальні написи.

Позначки та числа на циферблаті називаються градуюванням шкали. Різниця значень, що відповідають двом сусіднім відміткам шкали, виражена в одиницях виміру, носить назву ціни поділки шкали.

Показання приладу, що характеризує значення вимірюваної величини, визначається як число відрахованих поділок, помножених на ціну поділки шкали.

Початкове і кінцеве значення шкали визначають діапазон показань (межі шкали) приладу.

Шкала вимірювальних приладів буває прямолінійною, дуговою та круговою. Дугова шкала має центральний кут менше 180°, а кругова - більше 180°. Крім того, шкала може бути рівномірною та нерівномірною. Рівномірна шкала має однакові відстані між відмітками, тому зручніша для вимірювань, ніж нерівномірна, у якої ці відстані зазвичай змінюються за певним законом (параболі, синусоїди тощо).

Якщо шкала приладу починається з нуля, вона називається односторонньою, якщо позначки розташовані з обох боків від нуля - двосторонньою. Іноді вимірювальні прилади виконуються з безнульовою шкалою, що починається не з нуля, а з деякого значення (наприклад, покажчик температури охолоджуючої рідини).

Контрольно-вимірювальні прилади є перетворюючими та передавальними системами, які пов'язують значення вхідної величини із показанням цього значення на шкалі покажчика. Показання приладу виражається деякою безпосередньо спостерігаємою величиною у вигляді положення стрілки на шкалі покажчика або включення лампочки. Показання стрілочного приладу майже завжди має деяке відхилення від дійсного значення вимірюваної величини, що виникає з багатьох причин. Це відхилення називають похибкою показання.

Похибка може бути виражена в одиницях величини, що вимірюється (у поділках шкали приладу або у відсотках її дійсного значення). У першому випадку її називають абсолютною, а в другому – відносною похибкою.

Залежно від величини допустимої похибки, прилади поділяють на класи точності: 4; 2,5; 1.5 і т. д. Кожне з цих чисел показує допустиму основну похибку приладу, виражену у відсотках по відношенню до межі вимірювання шкали приладу.

Автомобільні прилади за своїм призначенням покликані забезпечувати водія приблизною інформацією про стан контрольних параметрів, що швидко читається та усвідомлюється. Тому шкали приладів зазвичай не мають дрібних поділок, стрілки виконують широкими та прямими, на шкалах наносять колірні зони небезпечних режимів. Прилади більшою мірою є «індикаторами», ніж «вимірювачами». З цієї ж причини поняття «класи точності» до автомобільних приладів не завжди застосовується. Лише деякі види автомобільних приладів відповідають класам точності 4 та 2,5.

Прилади для вимірювання температури

Залежно від типу та конструкції двигуна необхідно під час експлуатації підтримувати його певний тепловий режим. З цією метою на автомобілях застосовують термометри та світлові сигналізатори аварійної температури. На деяких автомобілях термометри застосовують також для контролю теплового режиму системи мащення, автоматичної трансмісії, високовольтної акумуляторної батареї та тягового електродвигуна тощо.

Всі автомобільні термометри і сигналізатори температури є дистанційними електричними приладами, тобто мають датчик, що встановлюється в контрольованому середовищі, і покажчик на панелі приладів автомобіля, які електрично пов'язані між собою і включені в систему електрообладнання. На автомобілях застосовують два типи термометрів: термобіметалічні імпульсні та логометричні з терморезистором.

Застосування на автомобілі дистанційного стрілочного термометра ще не гарантує, що раптове порушення теплового режиму двигуна буде відразу помічене водієм. Тому на додаток до стрілочного термометра встановлюють сигналізатор аварійної температури:

Прилади для вимірювання тиску

На більшості автомобілів в якості приладів для вимірювання тиску масла в системі мащення двигуна застосовують манометри або світлові сигналізатори аварійного тиску, тобто того мінімального тиску масла, при якому робота двигуна стає неприпустимою. Застосування манометра в системі мащення дозволяє водію опосередковано оцінювати ступінь зношування двигуна.

Прилади для вимірювання тиску повітря застосовують на автомобілях, що мають пневматичну гальмівну систему, для контролю тиску в ресиверах і в гальмівних камерах.

На деяких автомобілях прилади для вимірювання тиску контролюють справність вакуумної системи відчинення дверей, тиск оливи в гідромеханічній передачі, тиск наддуву, створюваний турбонагнітачем, тиск у централізованій системі підкачування повітря в шинах тощо.

За призначенням манометричні прилади, що застосовуються на автомобілях, поділяють на повітряні і масляні. За конструкцією манометричні прилади поділяють на прилади безпосередньої дії та електричні. Прилади безпосередньої дії мають чутливий елемент і покажчик у вигляді сумісного вузла на панелі приладів перед водієм, а контрольоване середовище під тиском підводиться до чутливого елемента по трубопроводу, як, наприклад, у манометрів з трубчастою пружиною.

На автомобілях застосовують електричні манометри двох типів: термобіметалеві імпульсні та логометричні з реостатним датчиком. У електричних манометрів датчик та покажчик встановлені у різних місцях, і зв'язок між ними здійснюється електричним проводом.

Економетр є вакуумметром, який показує ступінь розрядження у впускному колекторі двигуна. На автомобілях застосовуються прилад безпосередньої дії, будова якого схожа на манометр.

Економетр дозволяє контролювати витрату палива під час руху автомобіля, особливо при його розгоні. При великих обертах колінчастого валу та малій потужності двигуна дросельна заслінка відкрита або відкрита незначно, і в колекторі утворюється велике розрідження. Стрілка приладу при цьому значно відхиляється убік, показуючи велику витрату палива.

При середніх обертах колінчастого валу і частково відкритій дросельній заслінці розрідження в колекторі невелике, при цьому стрілка приладу відхиляється незначно, показуючи малу витрату палива.

Застосування на автомобілі манометра зі стрілковим покажчиком тиску часто недостатньо для забезпечення надійного контролю. Вихід тиску за допустимі межі може статися несподівано, і в цьому випадку сигналізатор тиску на відміну від стрілочного приладу негайно приверне увагу водія, надавши інформацію про порушення.

У деяких випадках у контрольованій системі взагалі застосовують лише сигналізатор, не використовуючи стрілочний прилад. На автомобілях знаходять застосування сигналізатори аварійного (мінімального) тиску в системі мащення, аварійного тиску в пневмоприводі гальм, у вакуумній системі відчинення дверей та інших робочих системах.

За наявності в автомобілі наддуву з механічним або турбонагнітачем на комбінації приладів може розташовуватися прилад, що вказує на тиск повітря в системі наддуву.

Прилади для контролю рівня палива

У конструкції сучасних автомобілів потрібна інформація про рівні палива в баку або газовому балоні, гальмівної рідини в резервуарі, охолоджуючої рідини в розширювальному бачку, масла в піддоні картера двигуна.

При цьому відомості про рівень палива в баку надходять до водія у вигляді поточної інформації, в інших випадках водій інформується про зниження рівня рідини нижче за встановлену величину.

На сучасних автомобілях для цього застосовують дистанційні електричні покажчики рівня палива. Прийнято шкалу покажчика рівня градуювати в частках об'єму бака, тому на шкалі зазвичай наносять позначки: 0, 1/4, 1/2, 3/4, П (повний). Якщо на автомобілі застосовують два паливних баки, то в кожен бак ставлять датчик, а на панель приладів один покажчик і перемикач для приєднання того чи іншого датчика під час виміру.

Дистанційні покажчики рівня палива можуть бути двох видів: електромагнітні та магнітоелектричні. В обох випадках в якості приладів вихідної інформації використовуються реостатні датчики з поплавковим пристроєм.

Прилади для контролю зарядного режиму та електричних величин

Контроль зарядного режиму акумуляторної батареї одночасно забезпечує контроль стану генератора. За величиною зарядного струму можна судити про рівень зараженості акумуляторної батареї, а за величиною струму, що проходить через повністю заряджену акумуляторну батарею (так званий струм перезаряду) - про правильність регулювання регулятора напруги і відповідність цього регулювання температурі акумуляторної батареї.

Контроль зарядного режиму акумулятора на автомобілі може бути здійснений за допомогою амперметра, вольтметра або сигнальної лампи розряду.

Рухлива система амперметра складається зі стрілки, осі  з опорою-підп'ятником і якоря. Якір виконаний з низьковуглецевої сталі, і при впливі на нього магнітного поля прагне зорієнтуватися вздовж магнітних силових ліній.

Рухлива система приладу повністю збалансована, і за відсутності електричного струму в ланцюзі приладу якоря орієнтується вздовж осі постійного магніту, стрілка в цьому положенні вказує на нульову поділку шкали. Електричний струм при проходженні через затискачі і основу створює в зоні якоря власне магнітне поле, силові лінії якого перпендикулярні лініям поля постійного магніту. Під дією цього поля якір разом зі стрілкою прагне повернутися на 90° від вихідного положення, чому, однак, перешкоджає поле постійного магніту.

Показання амперметра залежно стану системи електропостачання

Встановлення сигнальної лампи розряду акумуляторної батареї спрощує для водія процес отримання інформації зі щитка приладів і дозволяє йому швидше помітити сигнал про несподівану несправність у системі електропостачання. Світлові сигналізатори виконують у вигляді контрольної лампи зі світлофільтром червоного кольору, яка встановлена ​​на щитку приладів. Сигнал лампи повідомляє водія про те, що акумулятор працює в режимі розряду.

Відсутність сигналу контрольної лампи свідчить тільки про те, що відбувається заряд акумуляторної батареї, проте про стан акумуляторної батареї (заряджена або розряджена), рівень регулювання регулятора напруги та силу зарядного або розрядного струму сигнал контрольної лампи інформувати водія не може, тому за наявності на автомобілі сигналізатора розрядного режиму потрібно більш ретельне спостереження за станом акумуляторної батареї та рівнем регулювання регулятора напруги.

Вольтметри, що застосовуються на автомобілях, є магнітоелектричними приладами, що показують напругу бортової мережі. Шкали вольтметрів мають три зони: середня, білого кольору, з діапазоном напруги 12..15 В, відповідає нормальній напрузі мережі; ліва, жовтого кольору (10...12 В), сигналізує про знижену напругу; права, червоного кольору (15...16,5 В), - про підвищену напругу.

Конструктивно вольтметр містить два магніти, дві котушки, намотані на пластмасові колодки і стрілку з обмежувачем.

У неробочому стані взаємодією магнітних полів магнітів стрілка приладу встановлюється у лівому куті шкали. У включеному положенні до котушок прикладається напруга бортової мережі автомобіля, по ним протікає струм. Результуючий магнітний потік котушок, що створюється при цьому, встановлює рухомий магніт, а разом з ним і стрілку у положення на шкалі, що відповідає напрузі.

Прилади для контролю частоти обертання та швидкості