汽车仪表工作原理及组成

2023-08-26 理论教育版权反馈

【摘要】：它由装在气缸盖水套中的温度传感器和装在仪表板上的水温指示表组成，有双金属片式和电磁式两种。它由车速表和里程表两部分组成，有的车速里程表上还带有里程小计表和里程小计表复位杆。

为了使驾驶员随时观察与掌握汽车各系统的工作状态，在驾驶室仪表板上装有各种指示仪表，主要包括机油压力表、水温表、发动机转速表、燃油表、电流表等。

1.机油压力表

机油压力表用来指示发动机机油压力的大小，以便了解发动机润滑系统工作是否正常。它由装在发动机主油道上的机油压力传感器和仪表板上的机油压力指示表组成。常用的机油压力表有双金属片式、电磁式和动磁式三种。其中以双金属片式机油压力表应用最为广泛。

双金属片式机油压力表的结构如图8-1所示。机油压力表传感器内部装有弹性膜片2，膜片下的油腔1与发动机主油道相通，机油压力可直接作用在膜片上，膜片的上面顶着弓形弹簧片3，弹簧片的一端与外壳固定搭铁，另一端的触点与双金属片4端部触点接触，双金属片上绕有电热线圈，校正电阻8与双金属片4上的线圈并联。

图8-1 双金属片式机油压力表

1—油腔 2—膜片 3、15—弹簧片 4—传感器双金属片 5—调节齿轮 6—接触片 7—传感器接线柱 8—校正电阻 9、14—指示表接线柱 10、13—调节齿扇 11—指示表双金属片 12—指针

机油压力指示表内装有特殊形状的双金属片11，它的直臂末端固定在调节齿扇10上，另一钩形悬臂端部与指针12相连，其上也绕有电热线圈，线圈的两头构成指示表的两个接线柱。

当电源开关接通时，电流由蓄电池正极→电源开关→接线柱14→指示表双金属片11的电热线圈→接线柱9→接触片6→分两路（一路流经传感器双金属片4的电热线圈；另一路流经校正电阻8→双金属片4）→双金属片4的触点→弹簧片3→搭铁→蓄电池负极构成回路。由于电流流过双金属片4和11上的电热线圈，使双金属片受热变形。双金属片由两种膨胀系数不同的金属制成，受热时，膨胀系数大的一面向膨胀系数小的一面弯曲。当电路中有电流通过时，绕在双金属片上的线圈产生热量，造成传感器双金属片受热弯曲，使触点断开，切断电路；而指示表双金属片受热弯曲，使指针偏转，指示机油压力的大小。

为使机油压力的指示值不受外界温度的影响，双金属片4制成“=”形，其上绕有电热线圈的一边称为工作臂，另一边称为补偿臂。当外界温度变化时，工作臂的附加变形被补偿臂的相应变形所补偿，使指示表的读数不变。在安装传感器时，必须使传感器壳体上的箭头向上，不应偏出±30°位置，这样可保证工作臂位于补偿臂之上，当工作臂产生的热气上升时，不致影响补偿臂，造成读数误差。

2.水温表

水温表用来指示发动机内部冷却水温度。它由装在气缸盖水套中的温度传感器和装在仪表板上的水温指示表组成，有双金属片式和电磁式两种。由于双金属片式水温表的结构和原理与双金属片式机油压力表基本相同，下面主要介绍电磁式水温表。

图8-2 电磁式水温表结构原理

1—热敏电阻 2—传感器 3—衔铁

电磁式水温表的结构原理如图8-2所示。它主要由热敏电阻传感器和电磁式水温指示表组成。传感器中装有负温度系数热敏电阻，其电阻值会随水温升高而减小。当电源开关接通时，电流由蓄电池正极→电源开关→电阻R→线圈L₂→分两路（一路流经热敏电阻1；另一路流经线圈L₁）→搭铁→蓄电池负极构成回路。

检查电磁式温度传感器和水温指示表时，可拆下传感器上的接线，测量传感器输入端与搭铁之间的电阻。若室温下热敏电阻的阻值为100Ω左右，则表明传感器良好；另用一阻值为80～100Ω的电阻代替传感器直接搭铁，当接通电源时，如果水温指示表的指针指在60～70℃之间，则表明水温指示表良好。

3.燃油表（油量表）

燃油表用来指示燃油箱内燃油的储存量。它由装在燃油箱内的传感器和装在仪表板上的燃油指示表组成。燃油指示表有电磁式、动磁式和双金属片式，近年来还出现了新型的电子燃油表。传感器均为可变电阻式。由于电磁式和双金属片式指示表的结构与原理与前述仪表基本相同，下面主要介绍动磁式和电子燃油表。

（1）动磁式燃油表

动磁式燃油表的结构原理如图8-3所示。它的两个线圈互相垂直地绕在一个矩形塑料架上，塑料套筒轴承和金属轴穿过交叉线圈，金属轴上装有永久磁铁转子，转子上连有指针。可变电阻式传感器由滑片、可变电阻和浮子组成。

当接通电源开关后，燃油表中的电流回路是：蓄电池正极→电源开关→左线圈2→分两路（一路流经右线圈4；另一路流经接线柱6→可变电阻5→滑片7）→搭铁→蓄电池负极。

动磁式燃油表的优点是当电源电压波动时，通过左、右两线圈的电流成比例增减，使指示值不受影响；又因为线圈中没有铁心，所以没有磁滞现象，指示误差小。

（2）电子燃油表

电子燃油表电路原理如图8-4所示。电子燃油表的传感器仍采用浮子式可变电阻传感器。R_X是传感器的可变电阻，油箱无油时，其电阻值约为100Ω，满油时约为5Ω。电阻R₁₅和二极管VD₈组成稳压电路，其稳定电压作为电路的标准电压，通过R₈～R₁₄接到由集成电路IC₁和IC₂组成的电压比较器的反向输入端；传感器的可变电阻R_X由A端输出电压信号，经电容C和电阻R₁₆组成的缓冲器后，接到电压比较器的同向输入端。

图8-3 动磁式燃油表

1—永久磁铁转子 2—左线圈 3—指针 4—右线圈 5—可变电阻 6—接线柱 7—滑片 8—浮子

图8-4 电子燃油表电路图

电压比较器将此电压信号与反向输入端的标准电压进行比较、放大，然后控制各自对应的发光二极管，以显示油箱内燃油量的多少。

4.车速里程表

车速里程表是用来指示汽车行驶速度和累计行驶里程数的仪表。它由车速表和里程表两部分组成，有的车速里程表上还带有里程小计表和里程小计表复位杆。

常用的磁感应式车速里程表的结构如图8-5所示。车速里程表的主动轴由与变速器输出轴相啮合的软轴驱动。汽车静止时，在盘形弹簧4的作用下，车速表指针位于刻度盘零位。汽车行驶时，主动轴带着永久磁铁1旋转，在铝罩2上形成磁涡流，该涡流产生一个磁场，旋转的永久磁铁磁场与铝罩磁场相互作用产生转矩，克服盘形弹簧的弹力，使铝罩2朝永久磁铁1转动方向转过一个角度，与盘形弹簧的弹力相平衡，指针便在刻度盘上指示出相应的车速。车速越高，永久磁铁1旋转越快，铝罩上的磁涡流越强，形成的转矩越大，指针指示的车速也越高。

里程表则经蜗轮蜗杆机构减速后用数字轮显示。汽车行驶时，软轴带动主动轴，并经三对蜗轮蜗杆减速后驱动里程表右边第一数字轮（第一数字轮所刻数字为1km或1/10km）并逐级向左传到其余的数字轮，累计出行驶里程（最大显示里程为999999km或99999.9km）。同时，里程表上的齿轮通过中间齿轮，驱动里程小计表1/10km位数字轮，并向左逐级传到其余的数字轮，显示出小计里程（最大显示里程为999.9km）。里程表和里程小计表的任何一个数字轮转动一圈就使其左边的数字轮转动1/10圈，形成1∶10的传动比，这样就可以显示出行驶里程。当需要清除小计表里程时，按一下里程小计表复位杆，即可使里程小计表的指示回零。

图8-5 磁感应式车速里程表结构原理图

1—永久磁铁 2—铝罩 3—磁屏 4—盘形弹簧 5—刻度盘 6—指针 7—数字轮

5.发动机转速表

发动机转速表用来指示发动机运转速度。常用的有机械式和电子式两种。由于电子式转速表具有结构简单、指示准确、安装方便等优点，因此被广泛应用。

图8-6 电容放电式转速表

图8-6是汽油机用的电容放电式转速表电路原理图，其转速信号来自于点火系统一次电路的脉冲信号。

当断电器触点K闭合时，晶体管VT的基极搭铁处于截止状态，电源经R₃、C₃、VD₂，向电容C₃充电；当触点K断开时，晶体管VT由截止转为导通，此时电容C₃经晶体管VT、转速表n和二极管VD₁构成放电回路，驱动转速表。发动机工作时，断电器触点的开闭频率与发动机的转速成正比，电容C₃不断进行充放电，通过转速表n的放电电流平均值也与发动机的转速成正比。电路中的稳压管VD₃使电容C₃有一个稳定的充电电压，提高转速表的测量精度。

6.电流表

电流表串接在蓄电池充电电路中，主要用来指示蓄电池充、放电电流值，同时还可通过它监视电源系统的工作是否正常。电流表通常为双向工作方式，表盘中间的示值为“0”，两侧分别标有“+”、“-”标记，其最大读数为20或30。当发电机向蓄电池充电时，示值为“+”；蓄电池向用电设备放电时，示值为“-”。汽车上使用的电流表分为电磁式和动磁式两种。其工作原理基本相似。我们以电磁式电流表为例来讲其工作原理。

图8-7 电磁式电流表

1、3—接线柱 2—指针 4—黄铜片 5—软钢转子 6—永久磁铁 7—转轴

电磁式电流表的结构原理如图8-7所示。条形永久磁铁6两端分别与黄铜片4固定连接，再用螺栓将黄铜片固定在绝缘底板上，两个螺栓即形成电流表的两接线柱。永久磁铁内侧转轴上装有带指针2的软钢转子5。

当电流表中无电流通过时，软钢转子5在永久磁铁6的作用下被磁化，由于磁场方向相反，使指针2停在中间“0”标度上。当蓄电池放电时，放电电流通过黄铜片产生的环形磁场垂直于永久磁铁的磁场，形成逆时针偏转的合成磁场，吸动软钢转子也逆时针偏转，使指针指向表盘的“-”侧标度值。放电电流越大，合成磁场越强，偏转角度越大，指针指示读数越大。当发电机向蓄电池充电时，流过黄铜片的电流方向相反，磁场也反向，合成磁场顺时针偏转，指针指向“+”侧。

注意：

电流表的接线原则：

1）电流表应与蓄电池串接，由于蓄电池的负极搭铁，故电流表的负极必须与蓄电池的正极相连接；

2）电流表只允许通过较小电流。一般对点火系统、仪表等长时间连续工作的小电流可流经电流表；而对短时间断续用电设备的大电流，如起动机、转向灯、电喇叭等均不流经电流表。

7.电压表

电压表用来指示发电机和蓄电池的端电压。有电热式、电磁式两种结构形式。通常与负载并联，并受点火开关控制。

接通点火开关，电压表即可指示蓄电池的端电压。对12V电系的汽车一般为11.5～12.6V，接通起动机的瞬间，电压将下降至9～10V。如起动时电压表指示值过低，则说明蓄电池亏电或有故障。

发电机以正常转速运转时，电压表应指示在13.5～14.5V的规定范围内。若起动前后，电压表读数不变，则表明发电机不发电；若起动后电压表指示值不在规定范围内，则说明调节器调整不当或损坏。

电热式电压表的结构如图8-8所示。在接通或切断电源时，指针摆动较迟缓，要待指针指示稳定才可读数。

图8-9为北京切诺基汽车上装用的电磁式电压表的结构，它由两只十字交叉布置的电磁线圈、永久磁铁、转子、指针及刻度盘等零件组成，电路中两只线圈与稳压管及限流电阻串联。稳压管的作用是当电源电压达到一定数值后，才将电压表电路接通。在电压表未接入电路或电源电压低于稳压管击穿电压时，永久磁铁将转子磁化，保持电压表指针在初始位置。当电源电压达到稳压管击穿电压后，两十字交叉线圈产生的磁场与永久磁铁产生的磁场相互作用，从而使转子带动指针偏向高电压方向。电源电压越高，通过十字交叉线圈的电流就越大，其电磁场就越强，指针偏转角度就越大。

图8-8 电热式电压表

图8-9 电磁式电压表

8.仪表稳压器

双金属片式水温表和燃油表配用可变电阻式传感器时，应在电路中串入仪表稳压器，其作用是当电源电压变化时稳定仪表平均电压，避免仪表的指示误差。常见的仪表稳压器有电热式和电子式两类。

（1）电热式仪表稳压器

电热式仪表稳压器的结构如图8-10所示。它由双金属片、一对常闭触点、电热线圈、座板和外壳等组成。电热线圈一端搭铁，另一端焊在双金属片上。双金属片的一端用铆钉固定，另一端铆有活动触点。固定触点铆在调节片上，调节片的一端也用铆钉固定并与电源接线相连。两触点之间的压力可通过调节螺钉调整。

仪表稳压器的原理电路如图8-11所示。当电源电压偏高时，电热线圈中的电流增大，产生热量大，使触点在较短的时间里断开，断开的触点又需较长时间冷却才能重新闭合，于是触点闭合时间短，断开时间长，从而将偏高的电源电压降低为某一输出电压平均值。若电源电压偏低时，电热线圈中的电流减小，产生热量少，使触点断开时间短而闭合时间长，从而将偏低的电源电压提高到同一输出电压平均值。

图8-10 电热式仪表稳压器结构

图8-11 电热式仪表稳压器原理

（2）电子式仪表稳压器

采用三端集成稳压器可简化仪表结构，降低仪表成本，提高稳压精度，延长仪表寿命。桑塔纳、奥迪轿车仪表板采用了专用的三端式电子稳压器，其结构如图8-12所示。

图8-12 电子式仪表稳压器

汽车仪表工作原理及组成

相关推荐