ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5
Тема: Информационно-измерительная система и контрольноизмерительные приборы.
Цель: Изучение информационно-измерительных систем (ИИС) автомобилей, ознакомление с методами проверки контрольноизмерительных приборов (КИП) бортовой системы автомобиля и
определение их технического состояния.
5.1. Основные сведения.
Назначение и классификация информационно-измерительных
систем и КИП.
Основной функцией ИИС является обеспечение водителя информацией о режиме движения, работоспособности или состояния агрегатов автомобиля и автомобиля в целом.
Для автомобильных ИИС важна информативность, оцениваемая
временем, необходимым для правильного считывания информации,
или количеством ошибок в считывании информации при ограниченном
времени считывания. Уровень информативности обеспечивается конструкцией как самих КИП, так и компоновкой их на приборном щитке.
Так при размещении приборов на приборном щитке используется зонально-функциональный принцип, согласно которому приборы дающие наиболее важную информацию, связанную с безопасностью движения, например спидометр, размещаются в центральной зоне. КИП, к
которым водитель обращается относительно редко, например приборы информирующие о расходе топлива, устанавливаются в зонах
меньшей информативности, т.е. в зонах более удаленных от центра
щитка.
Информативность ИИС повышается при отображении показаний
КИП на лобовом стекле, расцветкой шкал приборов по зонам, соответствующим определенной информации, пульсирующим красным
свечением аварийных сигнализаторов и т.д.
Автомобильные КИП предназначены для контроля параметров, характеризующих работу автомобиля в целом и отдельных его агрегатов. Как правило, стоимость этих приборов относительно невысока (по
сравнению со стоимостью автомобиля в целом), поэтому их обычно не
ремонтируют, а заменяют. Однако стоимость агрегатов, состояние которых контролируется ими (что позволяет предотвратить их выход из
строя), в сотни, раз превышает стоимость этих приборов.
К автомобильным КИП, учитывая условия их работы, предъявляют
жесткие требования: приборы должны выдерживать вибрационные и
ударные нагрузки (до 15g), работать в относительно широком диапазоне температур окружающей среды (от -45С до +80С), сохранять
точность измерений при колебаниях питающего напряжения и изменениях барометрического давления 86,4 – 106,4 кПа. Расположение
приборов на автомобиле должно подчиняться рекомендациям инже-
нерной психологии и соответствовать эстетическому оформлению кузова или кабины автомобиля. Приборы и сигнализаторы не должны
отражаться на ветровом стекле автомобиля и не иметь отражений от
стекол приборов. КИП не должны создавать помех средствам связи,
радио и телевидения, в том числе и установленным вне автомобиля.
По способу отображения информации, которую они предоставляют
водителю, приборы разделяют на указывающие и сигнализирующие.
 Указывающие приборы снабжаются стрелочными (чаще всего)
указателями, которые показывают значение измеряемого параметра, что позволяет водителю наблюдать изменение состояния
контролируемого узла или агрегата автомобиля.
 Сигнализирующие приборы передают водителю информацию о
критическом (минимально или максимально допустимом) значении какого-либо параметра, о функциональном состоянии (включен, выключен и т.п.) узла или агрегата автомобиля. Информация при этом передается световым или звуковым сигналом, что
меньше отвлекает водителя от процесса управления автомобилем, но вместе с тем менее информативно.
По устройству автомобильные приборы разделяют на электрические и механические. В механических – воздействие от датчика к прибору передается с помощью той среды, в которой производится измерение. Принцип действия большинства электрических приборов основан на измерении неэлектрических величин электрическими методами.
Наибольшее распространение на автомобилях получили электрические приборы, позволяющие проще измерять параметры при значительном удалении места наблюдения от контролируемого объекта.
В современных автомобилях все чаще применяют систему разделения сигналов по приоритетности, различая сигналы высшего уровня
(информация о безопасности движения и аварии), второго, третьего и
низших уровней (информации о техническом состоянии автомобиля,
не приводящем к аварии, климатические параметры, местоположение
автомобиля и т.д.). Это позволяет значительно уменьшить число обязательных приборов, а следовательно, и уменьшить объем снимаемой с них информации. Остальная информация может быть получена
водителем по желанию. Такую работу может выполнить бортовой
компьютер.
Электрический контрольно-измерительный прибор состоит из датчика
1 и приемника 2, соединенных между собой проводами для передачи
сигнала (рис. 5.1).
В месте контроля устанавливают датчик Д прибора, а в месте
наблюдения – приемник П. Датчик имеет обычно кроме чувствительного элемента 1, измеряющего контролируемый параметр (входной
сигнал), какой-либо преобразователь 2 сигнала в электрическую вели-
Д
КУ
1
П
КИП
2
3
4
5
Рис. 5.1. Структурная схема КИП с контролируемым узлом (КУ):
1 – чувствительный элемент датчика (Д), 2 – преобразователь сигнала в датчике, 3 – чувствительный элемент приемника (П), 4 – преобразователь в приемнике, 5 – указатель приемника.
чину, передаваемую чувствительному элементу 3 приемника. Поступивший в приемник сигнал преобразуется в перемещение стрелки и по
шкале определяется значение контролируемого параметра. В сигнализирующих приборах приемником является сигнальная лампа или
зуммер.
По назначению все КИП разделяют на следующие группы:
 Контроля зарядного режима АБ;
 Измерения скорости автомобиля и пройденного пути (спидометры);
 Измерения частоты вращения (тахометры);
 Непрерывного измерения и регистрации скорости движения автомобиля, пройденного пути и расхода топлива (тахографы).
 Выбора экономного расхода топлива (эконометры);
 Измерения температуры;
 Измерения давления;
 Измерения уровня жидкости.
КИП контроля зарядного режима АБ.
Контроль зарядного режима АБ на автомобиле может быть осуществлен с помощью указателя тока (амперметра), указателя напряжения (вольтметра) или сигнальной лампы разряда. Применение сигнальной лампы позволяет водителю быстрее заметить сигнал о
неожиданной неисправности в системе электроснабжения. Однако
информативность сигнальной лампы меньше, чем указателей тока и
напряжения (вольтметр позволяет контролировать как регулируемое
напряжение генератора, так и состояние АБ).
Применяемые на автомобилях указатели тока (амперметры) показывают зарядный или разрядный ток АБ. Амперметр включают последовательно с АБ и через него проходит зарядный (разрядный) ток АБ,
за исключением тока стартера, прикуривателя и звуковых сигналов. В
качестве указателей тока на автомобилях обычно используют ампер-
метры магнитоэлектрической системы (с подвижным или неподвижным постоянным магнитом), вольтметры - логометрической (две последовательно соединенные обмотки намотанные перпендикулярно
друг другу на постоянный магнит).
Спидометры.
Спидометр – КИП, предназначенный указывать скорость движения
автомобиля и одновременно отсчитывать пройденный путь. Их разделяют по принципу действия на магнитоиндукционные и электрические;
по принципу приведения в действие – спидометры с гибким валом и с
электроприводом (контактным или бесконтактным).
Спидометры, как правило, конструктивно объединяют два основных
узла: скоростной - указатель скорости работающий на принципе магнитоиндукционного взаимодействия и счетный – механический барабанного типа, позволяющий регистрировать пройденный автомобилем
путь.
Тахометры.
Тахометр – КИП, предназначенный для получения информации о
частоте вращения коленчатого вала двигателя. По принципу действия
и по виду привода тахометры делятся также как спидометры. В современных автомобилях применяют электрические тахометры с электронным преобразованием. Они бывают трех типов: с датчиком частоты вращения, установленным на коленчатом валу двигателя; с регистрацией частоты размыкания контактов прерывателя системы зажигания; с регистрацией частоты изменения фаз в одной из обмоток генератора. С развитием электроники стрелочные указатели в последнее время часто заменяют жидкокристаллическими экранами, позволяющими иметь значения частоты в цифровом изображении.
Тахографы.
Тахограф – прибор позволяющий измерять и регистрировать (делать запись) скорости движения, времени движения, соответственно
этому времени пройденный автомобилем путь, количество израсходованного топлива, продолжительность и вид деятельности водителя
(отдых, проведение ремонтных работ и т.д.).
Эконометры.
Эконометр – прибор, представляющий собой устройство позволяющее (на основании анализа измеренного давления во впускном трубопроводе ДВС) выбрать наиболее экономичный режим движения вне
города. Эконометр присоединяется к впускному трубопроводу за
дроссельной заслонкой. При максимальной частоте вращения вала
двигателя и малой нагрузке (дроссель прикрыт) давление в трубопроводе минимально, стрелка прибора находится в левой части шкалы и
двигатель работает с повышенным расходом топлива (следует перейти на более высокую передачу). При малой скорости движения и
большой нагрузке (дроссель открыт) давление возрастает, и стрелка
находится в правой части шкалы прибора (следует перейти на более
низкую передачу).
Приборы контроля температуры (термометры).
Для измерения температуры в гидротрансмиссиях и системах охлаждения жидкости (СОЖ) автомобилей чаще всего используют логометрические или термобиметаллические термометры. Оба типа термометров состоят из датчика и приемника. В логометрических термометрах используется терморезисторный датчик (рис 5.2. а), а в термобиметаллических – контактный датчик с термобиметаллической пластиной (рис. 5.2. б).
Рис 5.2. Датчики температуры:
а – терморезисторный:
1 –баллон; 2 – клемма;
3 – пружина; 4 – терморезистор; 5 – втулка;
б – контактный термобиметаллический: 1 –
термобиметаллическая
пластина; 2 – изолятор;
3 – зажим (клемма); 4 тарельчатый контакт; 5
– контакт; 6 - прижимная
шайба; 7 – корпус.
В датчике первого типа, сопротивление терморезистора 4 уменьшается с увеличением температуры, что приводит к увеличению тока в
измерительной цепи. Ток течет по резистору и пружине 3, изолированной от корпуса и баллона 1 втулкой 5.
Датчик второго типа представляет собой толстостенный латунный
баллон 7, внутри которого находится изолированная термобиметаллическая пластина 1 с контактом 5. В клемме 3, изолированной от
корпуса 2, установлен контакт 4. При температуре 98…104С биметаллическая пластина разгибается и контактом 5 прижимается к контакту 4, замыкая цепь сигнальной лампы.
Приемником в первом типе термометра чаще всего является логометрический указатель (рис. 5.3).
Логометрический указатель утроен аналогично вольтметру, только
имеет три обмотки, по которым ток течет в разных направлениях. Изменение силы тока в одной обмотке, соединенной с терморезистором,
приводит к изменению магнитного поля и повороту стрелки.
КИП контроля давления (манометры).
Указатели давления, применяемые для определения давления масла в магистрали системы смазки, позволяют в некоторых случаях оценивать степень износа двигателя.
Указатели давления воздуха применяют на автомобилях, имеющих
пневматическую систему, для контроля давления в ресиверах и в тормозных камерах, а также давления в централизованной системе подкачки воздуха в шинах.
По конструкции автомобильные манометры разделяют на указатели
непосредственного действия и электрические. Указатели непосредственного действия имеют чувствительный элемент и приемник в виде
совмещенного узла на приборной панели, а давление контролируемой
среды подводится к чувствительному элементу по трубопроводу.
Электрические манометры бывают двух типов: термобиметаллические
импульсные и логометрические с реостатным датчиком. Наибольшее
распространение получили электрические манометры с реостатным
датчиком и последовательно подключенным к нему логометрическим
указателем.
Реостатный датчик (рис. 5.4) снабжен гофрированной мембраной 2,
закрепленной на основании 1 с помощью стального ранта 3, на котором размещен реостат 4 и передаточный механизм.
В центре мембраны установлен
толкатель 12, на который опирается
регулировочным винтом 11 рычажок
10. Рычажок, воздействуя на опорную площадку 8, поворачивает ползунок 5 реостата вокруг оси 7, преодолевая при этом усилие пружины
9. Для уменьшения влияния пульсаций давления на работу датчика в
штуцере основания установлена дюза 13. В дюзе имеется стержень для
Рис. 5.4. Реостатный датчик
прочистки отверстия. Реостат имеет
давления.
полное сопротивление около (при
отсутствии давления) 170 Ом, которое меняется до 20 Ом (при максимальном давлении). Логометрический указатель давления имеет такую же конструкцию, что и логометрический указатель термометра
(отличается лишь схемой соединения элементов и намоточными данными).
Работает манометр следующим образом. При увеличении давления
контролируемой среды (масла или воздуха) мембрана выгибается и
через передаточный механизм давит на ползунок и перемещает его по
реостату, уменьшая его сопротивление. С уменьшением сопротивления реостата изменяется сила тока в обмотках указателя. В результате изменения силы тока результирующий магнитный поток, создаваемый катушками, меняет свое направление. При этом происходит перемещение магнита со стрелкой относительно шкалы в сторону больших значений давления. При уменьшении давления мембрана под
действием собственных упругих сил уменьшает выгиб, а ползунок под
действием пружины перемещается по реостату в обратную сторону,
увеличивая его сопротивление.
Для усиления степени контроля во многих системах кроме указателя устанавливается сигнализатор аварийного давления, снабженный
световой (звуковой) индикацией, предупреждающей водителя о снижении давления в контролируемой системе ниже установленной нормы. Основным элементом сигнализаторов давления является датчик
(рис. 5.5), который устанавливается в контрольную систему и содержит контакты, включенные в цепь сигнальной лампы.
Чувствительным элементом этих датчиков является тарированная пружина
5, которая при отсутствии давления
прижимает подвижный контакт 1 к неподвижному контакту 7 и через толкатель
6 препятствует перемещению диафрагмы 8, изготовленной из тонкой полиэфирной пленки. Вся конструкция закреплена в корпусе 9. Сверху датчик закрыт изолятором 4, в котором закреплен
штекерный вывод 2, соединенный через
пружину с подвижным контактом. Полость над диафрагмой сообщается с
атмосферой через фильтр 3. Давление
замыкания контактов датчика обеспечивается предварительной тарировкой
пружины и в эксплуатации не требует
Рис. 5.5. Датчик сигналирегулировки.
затора аварийного
На некоторых автомобилях применядавления.
ют только сигнализатор, не используя
указатель давления.
Приборы контроля уровня жидкости.
Эти КИП предназначены для контроля за уровнем топлива или технических жидкостей в соответствующих емкостях.
В основном применяют электромагнитные и магнитоэлектрические
(логометрические) приборы реостатного типа, датчики которых устроены аналогично.
Рис. 5.6. Указатели уровня топлива:
а – электромагнитный: 1- противовес, 2 – стальной якорь, 3 - стрелка,
4 - основание, 5, 7 – катушки с магнитопроводами, 6,8,9 – реостат датчика;
б - магнитоэлектрический: 1 – аккумуляторная батарея, 2 – обмотки
указателя, 3 – стрелка указателя, 4 – реостат датчика, 5 – поплавок
датчика.
В некоторые датчики встроен сигнализатор минимального резерва
топлива – контактная пара, которая замыкается (при остатке топлива,
необходимого для пробега 50…100 км) и включает сигнальную лампу
на панели приборов.
Для контроля уровня жидкости (тормозной, омывающей, охлаждающей и т.д.) используют также датчики с герконом (герметизированным контактом) и кольцевым магнитом. Кольцевой магнит закреплен
на поплавке, перемещающемся по направляющей, на конце которой
расположен геркон. Поплавок с магнитом при понижении уровня перемещается и, достигнув минимального уровня (конца направляющей)
воздействует на геркон, который замыкает цепь питания сигнализатора аварийного уровня.
5.2. Последовательность выполнения работы.
5.2.1. Изучить общую схему электрооборудования автомобиля (схема выдается преподавателем) и составить согласно ней принципиальную электрическую схему контрольно-измерительной системы (по
заданию преподавателя) данного автомобиля.
5.2.2. Провести проверку указателей температуры (УК 193), давления (УК 194) и уровня (УБ 194). Для этого собрать соответствующие
электрические схемы (рис. 5.7, а, б, в), для чего установить на реоста-
тах максимальное сопротивление (регулятор в крайнем положении по
часовой стрелке). Плавно уменьшая сопротивление (сначала R2, а затем R1), снять показания амперметра и вольтметра соответствующие
положениям стрелки указателя на оцифрованных делениях шкалы
указателя.
+ 12 V 
+ 12 V 
УК193
BN
V
+ 12 V 
УБ194
УК194
BN
C
SA
H
HN
BN HR
S
C
SA
SA
А
R1
А
R1
R2
V
C C
А
R1
R2
R2
в)
б)
а)
V
V
Рис. 5.7. Схемы проверки указателей:
а – температуры УК 193; б – давления УК 194,
в – уровня топлива УБ 194.
5.2.3. Проверить техническое состояние датчиков температуры ТМ106
и ТМ108 для чего: собрать соответствующую схему (представленную на лабораторном стенде) для проверки; включить нагреватель;
по мере повышения температуры в системе, снять показания жидкостного термометра, соответствующие оцифрованным делениям
шкалы указателя температуры УК193; зарегистрировать температуру (по включению вентилятора) при которой сработает биметаллический датчик ТМ108, а также температуру при которой он разомкнет свои контакты (вентилятор выключится).
5.2.4. Проверить техническое состояние датчиков давления ММ393А и
ММ120Д для чего: собрать соответствующую схему (представленную на лабораторном стенде) для проверки; включить компрессор и
довести давление в системе до значения 4 кгс/см2; постепенно снижая давление в системе (нажатием кнопки пневмоклапана) снять
показания манометра, соответствующие оцифрованным делениям
шкалы указателя давления УК194; зарегистрировать минимальное
давление (по свечению сигнальной лампы на указателе) при котором сработает датчик ММ120Д.
5.2.5. Проверить техническое состояние датчика уровня и резерва
топлива БМ150 для чего: собрать соответствующую схему (представленную на лабораторном стенде) для проверки; постепенно
изменяя положение поплавка от крайнего нижнего до крайнего
верхнего положения, зарегистрировать по шкале углы рычага, соответствующие оцифрованным делениям шкалы указателя уровня
топлива УБ193; зарегистрировать угол, соответствующий резервному количеству топлива (по свечению сигнальной лампы на указателе).
5.3. Форма и содержание отчета.
5.3.1. Отчет по лабораторной работе оформляется каждым студентом
на листах формата А4 в соответствии со стандартом университета.
5.3.2. В отчете должны быть указаны тема и цель лабораторной работы.
5.3.3. Объем теоретического материала, изложенный в отчете, определяется студеном самостоятельно.
5.3.4. Отчет должен содержать принципиальную электрическую схему
контрольно-измерительной системы (п. 5.2.1.) составленную согласно общей схеме электрооборудования автомобиля, выданной преподавателем.
5.3.5. В отчете следует привести принципиальные электрические схемы проверки технического состояния указателей и датчиков лабораторной установки.
5.3.6. Результаты выполнения п.п. 5.2.2.- 5.2.5. занести в соответствующие таблицы.
5.3.7. По результатам выполнения п.п. 5.2.2. - 5.2.5. сделать вывод о
техническом состоянии проверяемых устройств.
Примечание: Принципиальные электрические схемы, приведенные в отчете, должны быть выполнены чертежным инструментом в соответствии с ГОСТ (основные условные графические обозначения в приведены в конце методических указаний п.5.6.).
5.4. Контрольные вопросы.
5.4.1. Каково назначение ИИС и как можно обеспечить ее информативность?
5.4.2. Дать классификацию контрольно-измерительных приборов.
5.4.3. Объяснить устройство и принцип действия терморезистивных
датчиков температуры.
5.4.4. Объяснить устройство и принцип действия биметаллических
контактных датчиков температуры.
5.4.5. Объяснить устройство и принцип действия датчиков давления.
5.4.6. Объяснить устройство и принцип действия датчиков уровня.
5.4.7. Объяснить устройство и принцип действия магнитоэлектрических указателей.
5.4.8. Объяснить устройство и принцип действия лагометрических указателей.
5.4.9. Объяснить устройство и принцип действия электронного тахометра.
5.4.10. Объяснить устройство и принцип действия спидометра магнитоиндукционного типа.
5.5. Таблицы паспортных и экспериментальных данных автомобильных КИП.
 Таблица 5.5.1. Датчик температуры терморезисторный ТМ 106.
50
90
130
Значение на шкале указателя, С
485 – 720 125 – 196 40 – 50
Сопротивление датчика, Ом
Измеренное значение силы тока, А
Измеренное значение напряжения, В
Рассчитанное значение сопротивления
реостата, Ом
Вывод о техническом состоянии указателя температуры УК193
Температура контролируемой среды,
С
Вывод о техническом состоянии датчика ТМ106
 Таблица 5.5.2. Датчик температуры термобиметаллический ТМ 108.
Температура контролируемой среды,  92  2С
 87  2С
С
замкнуты
разомкнуты
Состояние контактов датчика.
Температура контролируемой среды,
С
Вывод о техническом состоянии датчика ТМ108

Таблица 5.5.3. Датчик давления реостатный ММ 393А.
4
Значение на шкале указателя, кгс/см2 0
265 - 335 90 – 135
Сопротивление датчика, Ом
Измеренное значение силы тока, А
Измеренное значение напряжения, В
Рассчитанное значение сопротивления реостата, Ом
Вывод о техническом состоянии указателя давления УК194
Давление
контролируемой
среды,
2
кгс/см
Вывод о техническом состоянии датчика ММ393А
8
0 - 25


Таблица 5.5.4. Датчик давления сигнальный ММ120Д.
Давление
контролируемой
среды,  0,4
2
кгс/см
замкнуты
Состояние контактов датчика.
Давление
контролируемой
среды,
2
кгс/см
Вывод о техническом состоянии датчика ММ120Д
 0,8
разомкнуты
Таблица 5.5.5. Датчик уровня и резерва топлива БМ150.
ПолоОбъем бака занимаемый Минимальный
(на 50 – 100 км пробега). вина
топливом.
бака.
85 - 135
Сопротивление датчи- 235 - 285
ка, Ом
Угол наклона рычага по23
57
плавка, градус
Показания
указателя 0
(горит сигнальная лам- ½
уровня.
па резерва)
Измеренное
значение
силы тока, А
Измеренное
значение
напряжения, В
Рассчитанное значение
сопротивления реостата, Ом
Вывод о техническом
состоянии
указателя
уровня топлива УБ193
Измеренный угол наклона рычага, градус
Вывод о техническом
состоянии
датчика
БМ150
Полный
бак.
5 - 15
89
П
5.6. Условные графические изображения электротехнических элементов и устройств согласно
ГОСТа ЕСКД.
5.7. Информационно-методическое обеспечение.
5.7.1. Акимов С.В. и др. Электрическое и электронное оборудование автомобилей //С.В. Акимов, Ю.И. Боровских, Ю.П. Чижов. М.:
Машиностроение, 1988.
5.7.2. Акимов С.В., Чижов Ю.П. Электрооборудование автомобилей. Учебник для вузов. М.: ЗАО КЖИ «За рулем», 2001.
5.7.3. Соснин Д.А. Автотроника. Электрооборудование и системы
бортовой автоматики современных легковых автомобилей: Учебное пособие. М.; СОЛОН-Р, 2001.
5.7.4. Справочник по электрооборудованию автомобилей./ С.В.
Акимов, А.А. Здановский, А.,М. Корец и др. М.: Машиностроение,1994.
5.7.7. Тимофеев Ю.Л., Ильин Н.М. Электрооборудование автомобилей: устранение и предупреждение неисправностей. М.: Транспорт, 1987.
5.7.8. Электрооборудование автомобилей: Справочник / А.В.
Акимов, О.А. Акимов и др.; Под ред. Ю.П. Чижова. М.: Транспорт,1993.
5.7.9. Юрковский И.М. Возможные неисправности электрооборудования легкового автомобиля. М.: Патриот,1996.
5.7.10. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей: Учеб. Для
студентов вузов. 3-е изд., перераб. И доп. М.: Транспорт, 2000.кин
Д.Э. и др. Электрические машины. Ч.2.:-М.:Высшая школа,1979.