传统仪表结构特点分析

目前国产汽车仍广泛使用模拟电路电子组合式仪表，常用的仪表有电流表（电压表）、机油压力表、冷却液温度表、燃油表、车速表里程表和发动机转速表等。

1.电流表

电流表的作用不仅能够指示充电系统的充、放电状态，而且还能指示充、放电电流的大小，当蓄电池向用电设备放电时，其指针指向“-”值，当发电机向蓄电池充电时，其指针指向“+”值。所以电流表适用于负载电流相对较小、仪表盘安装空间相对较大的载货汽车选用。目前许多汽车选用充电指示灯显示充电系统的充、放电状态，但不能指示充、放电电流的大小。所以充电指示灯只适合于整车负载电流相对较大、仪表盘安装空间相对较小的轿车装用。

图6-1 传统仪表板

1—警告灯和指示灯 2—转速表 3—转向信号指示灯 4—车速里程表 5—警告灯和指示灯 6—冷却液温度表 7—远光指示 8—燃油表 9—电压表 10—机油压力表

图6-2 电子显示仪表板

1—机油压力表 2—电压表 3—冷却液温度表 4—燃油表 5、7—车速表 6—转速表 8—里程表 9—警告灯

国产汽车采用的电流表有电磁式和动磁式两种类型。

（1）电磁式电流表

1）基本结构。电磁式电流表的基本结构及工作原理如图6-3所示。黄铜片用螺栓固定在绝缘板上，这两个螺栓是电流表的“+”、“-”接线柱，在负极搭铁汽车上，电流表的“-”极接电源的“+”极，电流表的“+”极接发电机的“+”极。在黄铜片的中间夹着一条条形永久磁铁，在永久磁铁内侧的转轴上装有I形软磁转子，指针安装在软磁转子中间，并随着软磁转子一起转动。

2）工作原理。当无电流通过黄铜片时，软磁转子被永久磁铁磁化，由于磁场方向相反，所以相互吸引，使电流表的指针停留在“0”刻度位置不动；当蓄电池放电时，电流通过黄铜片产生磁场，其磁场方向可用右手螺旋法则判断，与永久磁铁的磁场方向垂直，这样产生一个逆时针偏转的合成磁场，在合成磁场的作用下，使软磁转子带动指针逆时针旋转，使得电流表示值为“-”，电流越大，黄铜片产生的磁场强度越大，也就是指针逆时针偏转角度越大；当发电机发电并向蓄电池充电时，黄铜片产生的磁场与永久磁铁产生的磁场形成顺时针偏转的合成磁场，使软磁转子带动指针顺时针旋转，电流表显示“+”值。

图6-3 电磁式电流表的结构及工作原理图

1—“-”接线柱 2—指针 3—“+”接线柱 4—黄铜扳条 5—软磁转子 6—条形磁铁 7—转轴

（2）动磁式电流表

1）基本结构。动磁式电流表具有结构简单的特点，因此目前汽车普遍采用，其结构如图6-4所示。黄铜导电板固定在绝缘的塑料底板上，导电板两端为电流表的“+”、“-”接线柱，其连接方式与电磁式电流表相同。在导电板的中间夹有磁轭，并在导电板上固定有一个针轴，永磁转子和指针套装在针轴上。因为指针可随永磁转子一同转动，故称为动磁式电流表。

2）工作原理。动磁式电流表的工作原理与电磁式电流表基本相同。当黄铜导电板无电流流过时，永磁转子产生的磁场使磁轭磁化，产生方向相反的磁场，相互吸引，使指针保持在电流表的“0”刻度位置。当蓄电池放电时，电流通过导电板，导电板周围产生磁场，电流与永磁磁铁产生的合成磁场就会使套装在导电板上的指针发生逆时针方向偏转，指示充电系统处于放电状态，放电电流越大，指针偏转的角度越大，指示的放电电流值也就越大。当交流发电机的充电电流流过导电板时，合成磁场将使指针发生顺时针方向偏转，指示充电系统处于充电状态，充电电流越大，指针偏转的角度越大，指示的充电电流值也就越大。

图6-4 动磁式电流表结构图

1—蓄电池 2—“-”接线柱 3—指针 4—黄铜导电板 5—“+”接线柱 6—永磁转子 7—磁轭

2.电压表

由于电压表不仅能监控发电机和调节器的工作状况，同时还能指示蓄电池的技术状况，比电流表和充电指示灯更为直观与实用，故近年来有些车辆开始装用电压表。目前车辆一般采用电磁式电压表，其结构如图6-5所示。

（1）基本结构 电磁式电压表由两个十字交叉布置的电磁线圈、永久磁铁、转子、指针及分度盘组成。两个电磁线圈与稳压管VS以及阻值为112Ω的附加电阻R串联。其中稳压管VS起到电源给予电磁线圈稳定电压的作用，即当电源电压达到一定数值时，电磁线圈才有电流流过，电压表电路才能接通。

（2）工作原理 点火开关打开或电源电压低于稳压管的稳定电压时，永久磁铁将转子磁化，使指针在初始位置。接通点火开关，且电源电压达到稳压管击穿电压后，稳压管被击穿，两线圈产生的磁场与永久磁铁产生的磁场相互作用，产生合成磁场，使转子带动指针偏转，显示电压值。若电源电压越高，通过线圈中的电流越大，其合成磁场越强，指针偏转的角度就越大，指示电压值越高。

（3）电压表对电源系统工况的检查 接通点火开关，电压表立即显示蓄电池的端电压。12V的电气系统电压显示一般为12.5～12.6V，在起动的瞬间，电压显示有所降低，一般为9～10V。若起动时电压表显示值过低，说明蓄电池亏电或有故障。在发电机正常工作下，电压表应显示为13.5～14.5V的规定范围内。若起动后，电压表显示值无变化，说明发电机没有发电；若显示值超出规定范围，说明调节器调整不当或损坏。

图6-5 电磁式电压表

1—分度盘 2—指针 3—转子 4—电磁线圈 5—永久磁铁 6—附加电阻

3.机油压力表

机油压力表简称油压表，用于检测和显示发动机机油压力的大小，主要由安装在仪表盘上的机油压力指示表和安装在发动机主油道或机油泵上的传感器两部分组成。其传感器的作用是将机油压力转变成电信号，传给机油压力指示表，以数字的形式显示出来。

机油压力表按工作原理可划分为电热式（双金属片式）和电磁式两种。

（1）电热式机油压力表

1）基本结构。电热式机油压力表一般采用双金属片式，其结构如图6-6所示。机油压力传感器由双金属片、加热线圈、膜片、校正电阻和导电弹簧片等组成。膜片与弓形弹簧片接触，弹簧片一端焊有触点，另一端固定并通过壳体搭铁。双金属片上绕有加热线圈，加热线圈一端与双金属片触点相连，另一端通过接触片、传感器接线柱与油压指示表的接线柱相连。校正电阻与加热线圈并联，起分流作用。通过改变校正电阻的阻值，即可调整流过加热线圈电流的大小。在油压指示表内也设有双金属片和加热线圈，加热线圈同样绕在双金属片上，双金属片一端固定在调整齿扇上，另一端与指针相连。

2）工作原理。当电源开关接通时，电流由蓄电池正极→电源开关→机油压指示表接线柱→机油压力指示表双金属片的电热线圈→机油压指示表接线柱→传感器接线柱→接触片→分两路（→一路流入传感器双金属片的电热线圈；另一路流入校正电阻→双金属片）→双金属片的触点→弹簧片→搭铁→蓄电池负极构成回路。由于电流流过机油压力指示表和传感器双金属片上的加热线圈，使双金属片受热变形。

图6-6 电热式机油压力油压表结构图

1—油腔 2—膜片 3、14—弹簧片 4—双金属片 5—调节齿轮 6—接触片 7—接线柱 8—电阻 9—接线柱 10—双金属 11—指针 12—刻度盘 13—调节齿扇

当机油压力较低时，膜片几乎无变形，作用在触点上的压力很小。这时当电流流过双金属片加热线圈时，温度略有上升时，双金属片受热弯曲，使触点分开切断电路，一段时间后，双金属片冷却伸直，触点重又闭合，电路又被接通。由于传感器触点压力很小，必须经较长的时间后触点才能闭合，因此触点闭合时间短，而打开时间长，其闭合频率如图6-7a所示，导致通过指示表电热线圈的平均电流值小，使指示表双金属片因温度较低而弯曲变形小，指针偏转角度很小，即指示出较低的油压。

当机油压力升高时，膜片向上弯曲的变形增大，加在触点上的压力增大，双金属片需要在较高温度下，即电热线圈通过较大电流、较长时间后，才能弯曲到使触点分开，而触点分开后稍加冷却很快就会闭合。因此触点打开时间短，而闭合时间长，其闭合频率如图6-7b所示，通过指示表电热线圈的平均电流值大，指针偏转角度增大，指示出较高的油压值。

图6-7 电热式机油压力传感器加热线圈电流的波形图

为使机油压力的指示值不受外界温度的影响，双金属片制成“∩”形，在绕有加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，工作臂产生的附加变形被补偿臂的相应变形所补偿，使指示表的数值不变。在安装油压传感器时，必须使传感器壳体上的箭头朝上，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）电磁式机油压力表

1）基本结构。电磁式机油压力表基本结构如图6-8所示。可变电阻式机油压力传感器是利用油压的大小来推动滑片从而改变可变电阻的阻值。当机油压力升高时，电阻值减小；当机油压力降低时，电阻值增大。油压指示表中设有两个电磁线圈W₁和W₂，电磁线圈W₁与传感器电阻并联连接，在线圈中间制有磁铁转子，转子上固定指针，称为指针转子，指针转子套装在轴上，由电磁线圈产生的合成磁场驱动。

2）工作原理。当机油压力较低时，传感器电阻值较大，电磁线圈W₂中流过的电流相对较小，W₁中的电流较大，两个电磁线圈电流产生的合成磁场使转子和指针向逆时针转动。当机油压力升高时，传感器电阻值减小，电磁线圈W₂上流过的电流增大，电磁线圈W₁中的电流相对减小，电磁线圈电流产生的合成磁场使转子和指针顺时针方向偏转，指示油压升高。

当电源电压变化时，通过机油压力表电磁线圈W₁和W₂的电流成比例地增大或减小，油压指示表指示的油压值不受电源电压变化的影响。

图6-8 电磁式机油压力表结构图

a）电磁式机油压力指示表与可变电阻式机油压力传感器 b）电磁式机油压力表的等效电路

1—电磁线圈W₁ 2—磁铁转子 3—指针 4—电磁线圈W₂

4.冷却液温度表

冷却液温度表用来显示和检测发动机水套中冷却液的工作温度，由装在气缸盖水套中的热敏电阻传感器和安装在仪表板上的冷却液温度指示表两部分组成，它按工作原理的不同可分为电热式和电磁式两种，其中电热式冷却液温度表中的传感器又可分为双金属片式和热敏电阻式两种，对于传感器为双金属片式的电热式冷却液温度表和电磁式冷却液温度表，其结构和工作原理与前述的机油压力表基本相似，在此不再详述。电热式冷却液温度表的基本结构如图6-9所示。

（1）基本结构 热敏电阻式传感器的主要元件是负温度系数的热敏电阻（由镍、钻、锰和铜烧结而成），具有温度升高，电阻值减小的特性。热敏电阻利用冷却液温度的变化来改变其电阻值的变化，从而控制电路中电流的大小，使冷却液温度指示表指针指出相应的温度。

由于电源电压变化会影响仪表数值的准确性，因此在这种电路中配装有电源稳压器。当稳压器触点闭合时，能够保证输出电压U_m与输入电压U相等，即相当于电源电压，此时，加热线圈通电使双金属片因受热而变形，使触点断开。触点断开后，加热线圈断电，一段时间后双金属片因逐渐冷却复原，于是触点重新闭合。如此反复，使稳压器输出一脉冲电压，其电压波形如图6-10所示。当电源电压增加时，加热线圈的电流增大，触点闭合时间短，断开时间长；反之，当电源电压降低时，加热线圈的电流减小，触点闭合时间长，断开时间短，使输出电压的平均值（一般为8.64V±0.15V）保持稳定。

（2）工作原理 当点火开关置于ON档时，其冷却液温度表的工作电路为：蓄电池正极→点火开关→电源稳压器→温度指示表双金属片的加热线圈→温度指示表接线柱→传感器接线柱→热敏电阻→传感器外壳→搭铁→蓄电池负极。

当发动机冷却液温度较低时，使传感器的热敏电阻阻值大，流过加热线圈的电流平均值较小，温度指示表的双金属片弯曲变形小，指针指示低温；反之，当冷却液温度升高时，热敏电阻阻值变小，流过加热线圈的电流平均值变大，温度表的双金属片弯曲变形大，指针指示高温。

图6-9 电热式冷却液温度表结构原理图

1—触点 2、6—双金属片 3、9—加热线圈 4、12、13—接线端子 5、10—调整齿扇 7—刻度盘 8—指针 11—弹簧片 14—弹簧 15—热敏电阻 16—金属壳体

图6-10 电源稳压器的电压波形图

a—输入电压U b—输出电压U_m

5.燃油表

燃油表用来显示和检测燃油箱内燃油的存储量，由安装在燃油箱内的燃油量传感器和安装在仪表板上的燃油指示表两部分组成，其按工作原理的不同可分为电热式（双金属片式）和电磁式两种。

（1）电磁式燃油表

1）基本结构。燃油表结构如图6-11所示。燃油指示表部分由两个绕在铁心上的线圈、转子、指针和分流电阻等组成，其结构分布与电磁式机油压力表基本相同。燃油传感器由可变电阻、滑片和浮子组成。

2）工作原理。当燃油箱无燃油时，浮子下沉，将可变电阻上的滑片移至最右端，可变电阻短路，其工作电路为：蓄电池正极→点火开关→“+”接线柱→左线圈→“-”接线柱→浮子滑片→滑杆→搭铁→蓄电池负极。左线圈L₁产生的磁场使转子带动指针左偏，使指针在“0”刻度上。

图6-11 电磁式燃油表的结构图

1—“+”接线柱 2、5—电磁线圈 3—指针 4—“-”接线柱 6—传感器接线柱 7—可变电阻 8—滑片 9—浮子 10—转子

当燃油量增加时，浮子上升，可变电阻阻值变大，此时这部分电阻又与线圈L₂并联，与左线圈L1串联。其工作电流为：蓄电池正极→点火开关→“+”接线柱→左线圈→“-”接线柱→两路（一路经可变电阻，另一路经右线圈）→搭铁→蓄电池负极。左线圈由于串联了电阻使左线圈中的电流相对减小，磁场减弱，而右线圈中电流相对增大，磁场加强，两线圈的合成磁场使转子带动指针右旋转，指示出燃油箱中的燃油量。

当燃油箱中装满燃油时，浮子带动滑片移到电阻的最左端，电阻达到最大值。此时左线圈中电流更小，磁场更弱，而右线圈中电流增大，磁场更强，转子便带着指针向右移，使指针在刻度盘最大刻度上。

（2）电热式燃油表

1）基本结构。电热式燃油表与机油压力表相似，也是利用双金属元件随温度变化发生变形，从而带动指针摆动一定角度以显示燃油量值，其结构如图6-12所示。流经电热丝电流的大小受到燃油量传感器可变电阻的控制，燃油量传感器是利用浮子的位置来控制一个可变电阻器，其结构如图6-13所示。

图6-12 电热式燃油表结构图

1—稳压管 2—电热丝 3—燃油传感器

2）工作原理。当浮子位置高时，可变电阻值小，电流大，指针指向刻度值较大的一侧；当浮子位置低时，可变电阻值大，电流小，指针指向刻度值较小的一侧。由于电源电压的波动将会引起电路中电流的变化，从而造成仪表的指示误差。为了避免这种误差，燃油表内装置了稳压器，用以保持仪表工作电压的恒定，其稳压器的工作原理与冷却液温度表稳压器工作原理相似。

图6-13 燃油表传感器结构图

1—可变电阻器 2—浮子臂 3—热敏电阻（用于警告灯） 4—浮子

6.车速里程表

车速里程表是用来指示车辆行驶的速度和累计行驶的里程数，主要由车速表和里程表两部分组成，其按工作原理的不同可分为磁感应式和电子式两种。

（1）磁感应式车速里程表

1）车速里程表基本结构。磁感应式车速里程表的结构如图6-14所示，主要由永久磁铁、感应罩、磁屏（铁护罩）、游丝、指针与刻度盘、计数轮、蜗轮蜗杆和主动轴等组成。主动轴由变速器（或分动器）内的蜗杆由钢软轴驱动。

2）车速表的工作原理。当车辆停止不动时，在盘形弹簧的作用下，车速表指针位于“0”刻度上。当车辆行驶时，主动轴带动永久磁铁旋转，在铝罩上形成磁涡流，该涡流产生一个磁场，与旋转的永久磁铁磁场相互作用产生转矩，为克服盘形弹簧的弹力，铝罩朝永久磁铁转动方向转过一定角度，使盘形弹簧的弹力与转矩力相平衡，指针便在刻度盘上指示出相应的车速值。车速越高，永久磁铁旋转越快，铝罩上的磁涡流越强，形成的转矩越大，指针转过的角度就越大，即数值越大。

3）里程表的工作原理。里程表经蜗轮蜗杆机构减速后用数字轮显示。当车辆行驶时，软轴带动主动轴转动，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）转动，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）。

（2）电子式车速里程表 与磁感应式车速里程表相比电子式车速里程表具有精度高、指示平稳和寿命长等优点，利用传感器在变速器上获取车速信号通过导线输出，克服了磁感应式车速里程表用钢软轴传输转矩带来的磨损的缺点，因此，目前汽车特别是小轿车普遍采用。电子式车速里程表的结构如图6-15所示，主要由车速传感器、电子电路、车速表和里程表四部分组成。

图6-14 磁感应式车速里程表结构图

1—指针 2—盘形弹簧 3—计数轮 4—针轴 5—磁屏（铁护罩） 6—铝罩（感应罩） 7—永久磁铁 8—卡簧 9—竖直蜗轮轴 10—水平蜗轮轴 11—主动轴

图6-15 电子式车速里程表的结构图

图6-16 传感器的结构图

车速传感器主要有光电式、磁感应式、磁性电阻式和霍尔式等，一般采用磁感应式（舌簧开关式）传感器，其结构如图6-16所示，由一个舌簧开关和一个具有4对磁极的转子组成，转子每转一周，舌簧开关中的触点闭合8次，产生8个脉冲信号，此脉冲信号频率与汽车行驶速度成正比。汽车每行驶1km，车速传感器将输出4127个脉冲信号。

电子电路的作用是将车速传感器输入电信号通过整形、触发，输出一个与车速成正比的电流信号。其电子电路如图6-17所示。可调节电阻R₁的阻值使车速表指示值更为精确，初始工作电流由电阻R₂调节，电阻R₃和电容C₃起到给电源滤波的作用。

车速表实际上是一个电磁式电流表，当车辆以不同车速行驶时，从电子电路接线端子14输入与车速成正比的电流信号便驱动车速表指针偏转，从而指示相应的车速。在车速表刻度盘上标有红色标记的区域（50～130km/h），表示该区域属于经济车速区。

里程表由一个步进电动机及六位数字的十进位齿轮计数器组成，其结构如图6-18所示。步进电动机是一个利用电磁铁将脉冲信号转换为线位移或角位移的微型电动机。车速传感器输出的频率信号经过64分频后，再经功率放大器将电信号放大到具有足够的功率以驱动步进电动机，带动六位数字的十进位齿轮计数器工作，从而记录累计车辆行驶里程。

图6-17 电子电路图

图6-18 里程表结构图

1—步进电动机 2—十进制齿轮计数器

7.发动机转速表

发动机转速表是用于检查调整和监视发动机的工作状况，使驾驶人能够更好的掌握换档的时机。发动机转速表可分为机械式和电子式两种，由于电子式转速表具有结构简单、指示平稳及安装方便等特点，所以目前汽车广泛采用。

（1）基本结构 常用的电子式转速表的结构如图6-19所示，主要由信号源、电子电路和指示表三部分组成。电子电路中稳压管VD₂具有稳定电容C充电电压，提高转速表测量精度的作用；转速信号取自于点火系统初级电路的脉冲信号。VD₃防止VT集电极出现瞬间高电压被击穿，起到保护的作用。

（2）工作原理 当断电器触点K闭合时，晶体管VT的基极搭铁，无偏压，处于截止状态，电容器C充电。工作电路为：电源正极→R₃→电容器C→VD₂→搭铁→电源负极。

图6-19 电子式转速表工作电路图

当触点K断开时，晶体管VT的基极电位接近电源电压，VT由截止转为导通，此时电容器C放电，其工作电路为：电容器C→VT→转速表n→二极管VD₁→电容器C构成放电回路，驱动转速表转动。触点重复开闭，电容C不断进行充放电，使转速表n显示通过电流的平均值。断电器触点的开闭频率与发动机的转速成正比，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。