5.2.1. 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 не­электрических 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.

Рис. 5.1.

Основной деталью манометра с трубчатой пружиной (рис. 5.1, а) является упругая плоская или овальная трубка 4 с поперечным сечением, симметричным относительно главных ее осей Х 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 1, приводит в движение стрелку 2 прибора.

Под действием давления внутри трубки она расширяется (размер по малой оси ее поперечного сечения Y увеличивается, а по большой оси Х уменьшается). Длина дуг А и A₁ 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 3 на оси стрелки компенсирует влияние на показание прибора за­зоров в передаточном механизме.

Аналогичный принцип действия положен в основу работы эконометра, устанавливаемого, в частности, на автомобилях семейства ВАЗ-2108 (рис. 5.1,б). 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 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 темазателя 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.

Рис.5.4

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 11, на который опирается качалка 9 c 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.5.5

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 б. 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 W₁, W₂, W₃, по реостату датчика R_д и термо­компенсационному резистору R_тк. Изменение давления в контроли­руемой системе вызывает изменение сопротивления реостата дат­чика R_д, подключенного параллельно катушке W₁ . Ток, протекаю­щий по катушке W₁ изменяет свое значение, что приводит к изменению вектора напряженности поля, созда­ваемого этой катушкой. Изменение сопро­тивления реостата R_д оказывает влияние на силу тока, протекающего в катушках W₂, W₃, но это влияние не такое существенное, как в случае с катушкой W₁. 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 кон­тактов, 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 (ми­нимального) 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 её 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 надмембранной полости с внешним атмосферным.

При возникновении давления в поддиафрагменном 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.