Устройство автомобилей
Приборы измерения температуры
Общие сведения о приборах для измерения температуры
Для контроля эффективной работы систем и агрегатов автомобиля необходимо знать их температурный режим. При эксплуатации, например, непрогретого двигателя резко снижаются его мощностные и экономические показатели, а его перегрев ведет к снижению ресурса или возникновению неисправностей, вплоть до полного отказа из-за заклинивания деталей цилиндропоршневой группы.
По принципу действия приборы для измерения температуры делятся на механические, электромеханические и электрические. К механическим приборам относятся жидкостные (обычно ртутные) и манометрические термометры. Механические термометры обычно используются для измерения относительно низких температур и в конструкции автомобилей не применяются.
В автомобильной технике для измерения температуры рабочих сред и элементов конструкции чаще применяются термобиметаллические импульсные и логометрические температурные приборы, которые можно объединить общим названием – термоэлектрические приборы.
В импульсных термобиметаллических термометрах используется эффект деформации, возникающий при нагреве пластины, спаянной из двух разнородных металлов или сплавов (биметаллическая пластина).
Работа термоэлектрических термометров логометрического типа основана на термоэлектрическом эффекте, возникающем при нагревании места спая двух проводников из неоднородных металлов или сплавов (терморезистора). Если два других конца проводников замкнуть, то под действием термоЭДС нагреваемого спая в образовавшейся цепи возникает электрический ток, величина которого зависит от степени нагрева места спая.
Спаянную или сваренную пару из двух разнородных металлов или сплавов называют термопарой или терморезистором. Обычно для измерения относительно низких температур (до 600 ˚С) в машиностроении применяют хромель-копелевые (ХК) термопары, а для измерения высоких температур (до 1000 ˚С) – хромель-алюмелевые (ХА) термопары. Существуют также и другие типы термопар.
Устройство термобиметаллического импульсного термометра
Термобиметаллический импульсный термометр состоит из датчика и стрелочного указателя. Общее устройство указателя и схема работы импульсной системы показаны на рис. 1.
Датчик термобиметаллического импульсного термометра (рис. 2) представляет собой латунный тонкостенный баллон 9, закрепленный в корпусе 6. Термобиметаллическая пластина 3 баллона закреплена на изоляторе 8 основания. На термобиметаллическую пластину намотана нагревательная обмотка 4, один конец которой соединен с контактом 2, а второй через контактор 5 подходит к выводному зажиму 7. Неподвижный контакт 1 соединен с корпусом 6 датчика.
Указатель термобиметаллического термометра по своей конструкции и принципу действия аналогичен термобиметаллическому указателю давления (рис. 1).
Устройство логометрического термометра
Логометрические термометры, также как и манометры состоят из датчика и указателя. Конструкция и принцип действия указателя логометрического термометра аналогичны конструкции указателя давления
Терморезисторный датчик к температуры (рис. 3) представляет собой латунный баллон 1, к плоскому донышку которого с помощью токоведущей пружины 3 прижат терморезистор 4, выполненный в виде таблетки.
Пружина 3 верхним концом соединена с зажимом 2 датчика и изолирована от стенки баллона специальной втулкой.
Сопротивление терморезистора значительно уменьшается при повышении температуры, что приводит к увеличению силы тока, проходящего через измерительные индукционные катушки логометрического указателя.
Сигнализаторы аварийной температуры
Применение на автомобиле дистанционного стрелочного термометра не гарантирует, что внезапное нарушение теплового режима двигателя будет сразу замечено водителем. Поэтому в дополнении к стрелочному термометру устанавливают сигнализатор аварийной температуры.
При этом если система охлаждения двигателя жидкостная, датчик сигнализатора температуры устанавливают в верхний бачок радиатора, а если на автомобиле двигатель с воздушным охлаждением (например, автомобили «ЗАЗ», «ЛуАЗ»), то датчик сигнализатора аварийной температуры устанавливают в смазочную систему и по температуре масла судят о температурном режиме двигателя.
Сигнализаторы применяют также для контроля температуры масла в автоматической коробке передач. Все используемые на автомобилях датчики сигнализаторов аварийной температуры биметаллические.
При достижении температуры охлаждающей жидкости 92…98 ˚С термобиметаллическая пластина разгибается и замыкает контакты 5 и 4, что приводит к включению контрольной лампочки на приборной панели.
Аналогичную конструкцию имеют датчики аварийного включения вентилятора системы охлаждения в современных автомобилях с электрическим приводом вентилятора. Основное отличие этих датчиков от рассмотренных выше заключается в наличии двух контактных выводов вместо одного.
Home  Автоэлектроника Указатели температуры режима двигателя на автомобиле |
Указатели температуры режима двигателя на автомобиле
Рис. 1. Электротепловой импульсный указатель температуры: а — схема; б — датчик TM101; в — приемник.
Для контроля теплового режима двигателя на автомобилях устанавливают указатели температуры и сигнализаторы аварийной температуры. На некоторых автомобилях указатели температуры применяют также для контроля теплового режима, смазочной системы, гидравлической трансмиссии, отопителя и т. д.
Рассмотрим два типа указателей температуры которые применяются на автомобилях: электротепловые импульсные и магнитоэлектрические с терморезисторным датчиком.
Электротепловой импульсный указатель температуры состоит из датчика (рис. 1) и стрелочного приемника, обмотки которых соединены последовательно.
Датчик ТМ101 импульсного указателя температуры (рис. 1, б) представляет собой латунный тонкостенный баллон 13, вставленный в корпус 8. В баллоне размещена биметаллическая пластина 10, одним концом закрепленная на изоляторе основания 14. На конце пластины установлен подвижной контакт 11, прижимающийся к неподвижному контакту 12. На пластину намотана обмотка 9 из константановой проволоки диаметром 0,12 мм, имеющей изоляцию из стеклянного волокна. Сопротивление обмотки 14 Ом. Один конец обмотки 9 присоединен к металлической пластине, а второй через токоведущую деталь 15 — к выводному зажиму 17, закрепленному на изоляторе 16. Неподвижный контакт 12 соединен с корпусом датчика. Контакты датчика изготовлены из серебра (75 %) и кадмия (25 %).
Приемник термометра (рис. 1, в) имеет П-образную биметаллическую пластину 26, которая одним концом закреплена на регулируемом секторе 23, а другим шарнирно соединена со стрелкой 21. Сектор, с жестко присоединенной к нему биметаллической пластиной, может смещаться при регулировке относительно его оси 27 крепления при помощи зубьев 22. Второй сектор 18 с упругой пластиной 19 служит шарнирной опорой для стрелки и прижимает ее к крючку 20 на конце биметаллической пластины. Для регулировки приемника второй сектор имеет зубья 28.
Плечо биметаллической пластины, соединенное с сектором 23, называют термокомпенсационным, плечо, соединенное со стрелкой, — рабочим. На рабочее плечо биметаллической пластины навита константановая обмотка 24 сопротивлением 40 Ом. Оба конца этой обмотки выведены к зажимам 25 и 29 приемника.
При нормальной окружающей температуре, когда указатель не включен в цепь, контакты 7 (см. рис. 1, а) датчика 5 находятся в замкнутом состоянии, рабочее плечо 3 биметаллической пластины приемника 1 не изогнуто и стрелка 2 находится в крайнем правом положении шкалы за отметкой 110 °С.
При включении указателя в цепь ток, проходящий через обмотки 4 и 6, нагревает биметаллические пластины датчика и приемника. При этом пластина датчика, изгибаясь, свободным концом размыкает контакты и прерывает ток в цепи. Несколько охладившись, она вновь замыкает контакты, и ток снова будет нагревать пластины. При постоянной окружающей температуре установится определенная частота размыкания контактов, причем отношение продолжительности замкнутого состояния контактов к продолжительности времени цикла будет зависеть от окружающей температуры. Чем выше окружающая температура среды, в которой находится биметаллическая пластина датчика, чем медленнее она остывает после размыкания контактов от проходящего по обмотке тока, тем быстрее нагревается этим током после замыкания контактов. Силу эффективного тока, нагревающего термобиметаллическую пластину приемника, можно определить по формуле:
где I0 — сила тока, протекающего по цепи при замкнутых контактах; Тз и Тр — время замкнутого и разомкнутого состояния контактов.
При включении прибора, когда температура датчика низкая, эффективный ток, значительно нагревая рабочее плечо биметаллической пластины приемника, вызовет ее изгиб и смещение стрелки влево в область малых температур на шкале. С повышением температуры датчика сила тока Iэф будет уменьшаться, нагрев рабочего плеча биметаллической пластины приемника и ее изгиб будут меньше, а показания прибора увеличатся. При температуре датчика выше 110 °С его биметаллическая пластина не будет замыкать контакты совсем, ток в приборе прекратится, и под действием биметаллической пластины приемника стрелка установится в крайнее правое положение.
Преимуществом электротепловых импульсных указателей являются простота конструкции и малая стоимость; сопротивление соединительных проводов и переходных контактов не влияет на точность показаний.
Электротепловые импульсные приборы обладают следующими недостатками: контакты датчика при работе создают помехи радиоприему; точность показаний зависит от напряжения питания; малый размах шкалы приемника (до 45 что затрудняет чтение показаний.
Магнитоэлектрические указатели температуры
Рис. 2. Магнитоэлектрический указатель температуры:
а — датчик ТМ100 с терморезистором; б — измерительный элемент приемника; в — вид на приемник со снятой шкалой; г — электрическая схема магнитоэлектрического указателя температуры.
Позднее, вместо этих приборов стали устанавливать магнитоэлектрические указатели. Датчик (рис. 2, а) этого указателя представляет собой баллон 1, к дну которого прижат токоведущей пружиной 2 терморезистор 3. Сопротивление терморезистора при изменении его температуры меняется в широких пределах (50—450 Ом).
Приемник (рис. 2, б и в) имеет каркас 4, состоящий из двух пластмассовых половин, соединенных стяжными винтами 10. На пластины намотаны обмотки трех измерительных катушек 8. Вторая обмотка расположена под углом 90° к двум другим. Для повышения чувствительности прибора первая и третья катушки имеют противоположное направление витков обмоток, вследствие чего возникающие магнитные потоки направлены навстречу один другому. Внутри каркаса размещен постоянный магнит 9, установленный на одной оси 7 со стрелкой. Магнит может поворачиваться, ориентируясь вдоль магнитных силовых линий магнитного поля трех катушек.
В нижней половине каркаса находится подпятник 11 оси дискообразного магнита и стрелки. Один конец оси магнита помещен в отверстии мостика 6, который закреплен на каркасе и служит опорой шкалы прибора.
Для возврата подвижной системы в нулевое положение при выключенном приборе в нижнюю половину каркаса встроен небольшой магнит. Каркас в сборе с катушками и магнитом размещен в экранирующем цилиндре 5 из низкоуглеродистой стали для исключения воздействия на магнит посторонних магнитных полей и устранения влияния магнитного поля катушки на показания других приборов.
Измерительный узел 12 приемника монтируют в комбинации приборов или в корпусе самостоятельного прибора. В обоих случаях концы обмоток присоединены к выводным зажимам и резисторам 14 и 16. Приемник имеет регулятор 13 с магнитом. На приборной панели автомобиля, указатель температуры освещает лампа, расположенная в гнезде 15.
При включении датчика и приемника в цепь питания ток проходит по двум параллельным цепям: обмотки L1 и L2 приемника — термокомпенсационный резистор R: обмотка L3 приемника — терморезистор RT датчика (рис. 2, г). Магнитные потоки обмоток L1 и L3 направлены в противоположные стороны.
В корпусе приемника (на напряжение 12 В) вместе с механизмом размещен термокомпенсационный константановый резистор R, который обеспечивает стабильность показаний при изменении температуры обмоток приемника. В корпусе приемника, рассчитанного на 24 В, кроме того, установлен дополнительный резистор 16 (см. рис. 2, в), включенный последовательно с обмотками приемника. Такая схема включения позволяет унифицировать конструкцию и обмоточные данные указателей температуры для применения их в системах электрооборудования автомобилей на напряжение бортовой сети 12 и 24 Вольт.
Сигнализатор аварийной температуры автомобиля
Рис. 3. Сигнализатор аварийной температуры:
а — электрическая схема автомобильного сигнализатора аварийной температуры; б — датчик ТМ111; в — датчик РС403-БГ; 1 — сигнальная лампа; 2 — биметаллическая пластина; 3 — контакты; 4 — биметаллическая пластина; 5 — изолятор; 6 — выводной зажим; 7 — тарельчатый контакт; 8 — контакт; 9 — прижимная шайба; 10 — латунный корпус; 11 — баллон; 12 — токоведущая пластина; 13 — регулировочный винт; 14 — выводной зажим.
Сигнализатор аварийной температуры (рис. 3, а) состоит из датчика и сигнальной лампы 7. Датчик имеет биметаллическую пластину 2, управляющую контактами 3, при замыкании которых включается сигнальная лампа 1. Конструкция автомобильных датчиков температуры двух типов показана на рис. 3, б и в. Датчик РС403-Б (см. рис. 3, в) применяют для контроля температуры масла. Температуру включения [(140 ± 3) °С] можно регулировать в процессе эксплуатации с помощью регулировочного винта 13. Датчик ТМ111 (см. рис. 3, 6) предназначен для контроля температуры жидкости (КамАЗ). Регулировка замыкания контактов (при температуре 98—104 °С) производится перемещением тарельчатого контакта 7.
Сигнализатор температуры установлен в верхнем бачке радиатора, а в двигателях с воздушным охлаждением — в смазочной системе. Сигнализаторы применяют также для контроля температуры масла в автоматической коробке передач (автобусы ЛиАЗ-677). Аналогичные датчики (ТМ108) используют для включения электровентилятора в системе охлаждения двигателя.
Датчики сигнализаторов аварийной температуры работают в системах электрооборудования автомобиля с напряжением 12 и 24 В с лампами силой света 1—1,5 кд.
Основные параметры некоторых датчиков указателей и сигнализаторов температуры приведены в табл. 1, приемников указателей температуры в табл. 2.
* Датчик выключения электровентилятора в системе охлаждения двигателя.
** Датчик температуры электролита аккумуляторных батарей.
Импульсный указатель температуры
Импульсный указатель температуры устройство.
Импульсный указатель температуры состоит из корпуса с расположенной в нём П-образной биметаллической пластиной с намотанной на неё нагревательной спиралью. Для регулировки прибора в нём устанавливаются два зубчатых сектора. Один сектор связан с термокомпесационным плечом П-образной пружины, которое компенсирует воздействие наружной температуры. Второй зубчатый сектор связан со стрелкой упругой пластиной, которая создаёт шарнирную опру стрелке. Отличительной особенностью импульсного указателя температуры является нахождение стрелочного указателя вне шкалы прибора при его отключении. Для снятия показаний прибор подключается последовательно с датчиком.
Импульсный указатель температуры принцип работы.
Принцип работы импульсного указателя заключается в следующем. После включения питания прибора под действием проходящего тока, через спираль прибора и датчика, нагревается биметаллический элемент. Из за выгибания биметалла происходит размыкание контактов в датчике, что приводит к размыканию цепи. Это приводит к отключению тока в спиралях и соответственно остыванию биметалла и последующему замыканию контактов. Время на нагрев и остывание биметаллической пластины датчика зависит от температуры окружающей среды, для датчиков температуры, или давления на контакты, для датчиков давления. Чем больше время замкнутого состояния контактов тем больший ток проходит через спираль и соответственно больше нагревается П-образная пластина и откланяется стрелка прибора. Недостатком таких приборов является низкая точность. К достоинствам можно отнести простоту в производстве, низкую стоимость.
Импульсный указатель температуры проверка и поиск неисправности.
Проверить исправность такого датчика довольно сложно без применения дополнительного оборудования. По этому если прибор перестал показывать температуру проще проверить сам прибор и цепь соединительных проводов. Если они исправны сменить датчик на новый.
Проверка прибора и цепи проводов выполняется достаточно просто и потребует не много времени. Для этого достаточно при включенном зажигании соединить провод подключенный к датчику с корпусом двигателя. При исправности провода и прибора стрелка отклонится в крайнее положение противоположное тому которое занимала при включении зажигания. Если этого не произойдёт прозвоните провод на обрыв или смените прибор. При отклонении стрелки смените датчик.
Датчик температуры охлаждающей жидкости: назначение, устройство, принцип работы
Работа мотора в машине сопряжена с постоянным процессом сгорания топливной смеси. Из-за чего двигатель внутреннего сгорания (ДВС) может перегреться и выйти со строя. Для предотвращения подобных инцидентов ДВС принудительно охлаждается посредством циркуляции специальной жидкости. А вот контроль за ее состоянием производит датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ).
Назначение
Такой датчик предназначен для контроля состояния двигателя авто посредством фиксации температурных изменений жидкости охлаждения. С этой целью его размещают в антифризе, где происходит непосредственное взаимодействие чувствительного элемента и слоя охлаждающей жидкости. Также заметьте, что в некоторых автомобилях размещают два сенсора по отношению ко входному и выходному патрубку системы охлаждения, за счет чего компьютер производит сравнение показаний.
Датчик передает данные измерений на блок управления для дальнейшей регулировки работы системы. Логический блок принимает решение о продолжении работы автомобиля в том же режиме или об уменьшении параметра, влияющего на фактора нагрева. Помимо электронных моделей, существуют и механические сенсоры, которые предназначены не для взаимодействия с логическим блоком, а для вывода информации на термометр в салоне. В случае с механическими моделями водитель сам принимает решение об изменении режима вождения или полной остановке агрегата.
В зависимости от модели машины, датчик предназначается для выполнения таких функций:
Устройство и принцип работы
В отличии от устаревших моделей, современные приспособления для контроля температуры, основываются на работе термистора. В соответствии с п.22 ГОСТ 21414-75 это такой нелинейный резистор, который изменяет величину собственного омического сопротивления, в зависимости от степени нагрева или охлаждения.
Рис. 1. Устройство датчика температуры охлаждающей жидкости
Для датчика температуры охлаждающей жидкости применяются резистивные элементы с отрицательным температурным коэффициентом. Это обозначает, что в отличии от классических проводниковых материалов, где с нагреванием омическое сопротивление возрастает, повышение температуры датчика приводит к уменьшению сопротивления.
К примеру, измеряя показания при +20 ºС сопротивление термистора будет составлять 3,5 кОм. При нагревании антифриза до +90 ºС сопротивление датчика упадет до отметки 0,24 кОм. Но, существуют и исключения, к примеру, у автомобилей марки Renault датчик имеет положительный температурный коэффициент.
Принцип действия датчика температуры охлаждающей жидкости базируется на следующей схеме:
В зависимости от величины падения напряжения на термисторе датчика Rt, будет оцениваться текущий температурный режим. В данном примере мы рассмотрели электрический метод измерения, но у некоторых типов датчиков может применяться и механический, работающий за счет температурного расширения.
Где находится?
Для производства каких-либо операций с датчиком температуры охлаждающей жидкости необходимо четко представлять себе место его установки. Следует отметить, что точка установки будет отличаться в зависимости от модели автомобиля. Поэтому для поиска лучше обратиться к инструкции производителя, где указана позиция соприкосновения с охлаждающей жидкостью.
Рис. 3. Место установки датчика температуры охлаждающей жидкости
Наиболее распространенным местом установки является:
Место установки предусматривает обеспечение контакта чувствительного элемента с охлаждающей жидкостью. Но, в случае утечки антифриза из системы, контакт может нарушиться и контроль температуры прекратиться. В результате этого вы получите некорректные показания, что может повлечь сбой в работе системы.
Признаки поломки
Как и неисправности любого устройства в автомобиле, выход со строя сенсора температуры охлаждающей жидкости может привести к нежелательным последствиям.
При движении машины поломка может проявляться как:
Современные авто выводят данные о нарушении температуры охлаждающей жидкости на дисплей. Причиной неисправности может стать как механическая поломка (сорванная резьба, растрескивание корпуса, перегорание термистора), так и электрическая (короткое замыкание в измерительной цепи или обрыв провода). Чтобы убедиться в правильности вашего предположения, проверьте датчик, и, при необходимости замените его новым.
Проверка и замена
Следует отметить, что появление характерных признаков может обуславливаться и другими поломками. К примеру, поломкой вентилятора охлаждения или нехваткой охлаждающей жидкости. Поэтому для начала необходимо проверить работоспособность и правильность показаний датчика температуры охлаждающей жидкости.
На практике существует довольно большое число методов, одни из которых вы можете реализовать в домашних условиях. Другие, как съем осциллограммы, вам проведут только на станциях техобслуживания. Самостоятельно произведите внешний осмотр датчика охлаждающей жидкости – на нем должны отсутствовать следы ржавчины, подтеки антифриза, трещины и прочие следы.
Если внешне датчик исправен, проверьте его с помощью мультиметра, для этого:
Таблица: зависимость сопротивления и падения напряжения датчика температуры от степени нагрева
| Температура ОЖ (°С) | Сопротивление (Ом) | Напряжение (В) |
| 4800 — 6600 | 4,00 — 4,50 | |
| 10 | 4000 | 3,75-4,00 |
| 20 | 2200 — 2800 | 3,00 — 3,50 |
| 30 | 1300 | 3,25 |
| 40 | 1000-1200 | 2,50 — 3,00 |
| 50 | 1000 | 2,5 |
| 60 | 800 | 2,00-2,50 |
| 80 | 270 — 380 | 1,00-1,30 |
| 110 | 0,5 | |
| разрыв цепи | 5,0 ±0,1 |
В рассматриваемом примере в холодном состоянии при +10 ºС сопротивление будет составлять 4000 Ом. После того, как вы опустите его в кипяток, исправный датчик будет иметь сопротивление в пределах 200 – 270 Ом. Если показания кардинально отличаются, налицо поломка сенсора, в таком случае его необходимо заменить.
Для замены датчика температуры охлаждающей жидкости из системы охлаждения слейте антифриз. Отключите шнур питания, если еще не отсоединили его. Затем, при помощи торцевого или рожкового ключа выкрутите сам сенсор.
Установите новый датчик охлаждающей жидкости в посадочное место, обязательно наденьте прокладку. Плотно зажмите его ключом по резьбе до упора.
Рис. 8. Плотно зажмите ключом новый датчик
Замена окончена, можете подключить питающий шнур и залить обратно охлаждающую жидкость.