汽车仪表的结构与工作原理

1.机油压力表

机油压力表的作用是在发动机运转过程中，指示发动机主油道机油压力的大小，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（大多数汽车还配备机油压力报警灯）组成。

机油压力指示表可分为电热式、电磁式和弹簧式三种。机油压力传感器可分为双金属片式和可变电阻式两种。常用的是电热式机油压力指示表配双金属片式机油压力传感器和电磁式机油压力指示表配可变电阻式机油压力传感器。

（1）电热式机油压力表与电热式机油压力传感器 电热式机油压力表也称双金属片式机油压力表，其与电热式传感器的基本结构如图6-2所示。

机油压力表传感器内部装有弹性膜片，膜片下的润滑油腔与发动机主油道连通，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，弹簧片的一端与外壳固定搭铁，另一端的触点与双金属片的端部触点接触，双金属片上绕有电热线圈与校正电阻并联。

机油压力表内部装有特殊形状的双金属片，它的直臂末端固定在调整齿扇上，另一钩形悬臂端部与指针相连，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。

当点火开关置于ON时，电流流过双金属片的加热线圈，双金属片受热变形，使触点分开；随后双金属片又冷却伸直，触点重又闭合。如此反复，电路中形成一脉冲电流。

图6-2 电热式机油压力表与电热式传感器

当油压降低时，传感器膜片变形小，触点压力小，闭合时间短，打开时间长，变化频率低，电路中平均电流小，双金属片弯曲变形小，指针偏摆角度小，指向低油压。反之，当油压升高时，指针偏摆角度大，指向高油压。

（2）电磁式机油压力表与可变电阻式机油压力传感器 电磁式机油压力表与可变电阻式机油压力传感器的基本结构如图6-3所示。

图6-3 电磁式机油压力表与可变电阻式机油压力传感器

如图6-3所示，当油压降低时，膜片拱曲度减小，滑动触点右移，传感器（即可变电阻）的阻值增大，流经主线圈中的电流减小，副线圈中的电流增大，转子带动指针随合成磁场的方向逆时针转动，指向低油压。当油压升高时，传感器的电阻值减小，主线圈中的电流增大，副线圈中的电流减小，转子带动指针随合成磁场的方向顺时针转动，指向高油压。

（3）机油压力表的使用注意事项

1）机油压力表必须与机油压力传感器配套使用。

2）机油压力表安装时必须注意接线柱的绝缘应良好，拆卸时不要敲打或碰撞。

3）电热式机油压力传感器安装时，必须使传感器外壳上的箭头（安装记号）向上，不应偏出垂直位置30°。

4）发动机低速运转时，机油压力不应小于0.15MPa，发动机高速运转时，机油压力不应超过0.5MPa。正常压力应为0.2～0.4MPa。

2.冷却液温度表

冷却液温度表用来指示发动机冷却液的温度。发动机正常工作时冷却液的温度一般应为80～105℃。它由装在气缸盖上的冷却液温度传感器和装在仪表板上的冷却液温度表组成。冷却液温度表主要有电热式（双金属片式）、电磁式和动磁式三种型式。

（1）电热式冷却液温度表 电热式冷却液温度表的结构和原理与电热式机油压力表基本相同。该表主要由电热式冷却液温度表、热敏电阻式传感器和电源稳压器等配套组成，其工作原理如图6-4所示。

图6-4 电热式冷却液温度表与热敏电阻式传感器

当点火开关处于ON位置时，电源从蓄电池正极→电源稳压器→仪表接线柱→仪表双金属上的线圈→仪表接线柱→热敏电阻接线柱→弹簧→热敏电阻→热敏电阻外壳搭铁→回到蓄电池负极，构成回路。

当冷却液温度低时，热敏电阻（一般为负温度系数）阻值较大，流经仪表双金属片上线圈的电流较小，发热量少，使仪表中的双金属片变形小，指针偏转小，指示冷却液温度低。

当冷却液温度高时，热敏电阻（一般为负温度系数）阻值较小，流经仪表双金属片上线圈的电流较大，发热量大，使仪表中的双金属片变形大，指针偏转大，指示冷却液温度高。

（2）电磁式冷却液温度表 电磁式冷却液温度表的结构和原理与电磁式机油压力表基本相同。该表主要由电磁式冷却液温度表和热敏电阻式传感器组成，其工作原理如图6-5所示。

图6-5 电磁式冷却液温度表与热敏电阻式传感器

如图6-5所示，当点火开关（图中未画出）接通时，电流经蓄电池“+”→点火开关→B接柱→左线圈→搭铁；另一路：电流经蓄电池“+”→点火开关→B接柱→右线圈→A接柱→热敏电阻式温度传感器→搭铁。

当冷却液温度较低时，传感器内热敏电阻（一般为负温度系数）的阻值较大，流经右线圈和左线圈的电流相差不多，但左线圈匝数多，产生的磁场强，使指针向左偏转，指示冷却液温度低。

当冷却液温度升高时，热敏电阻的阻值减小，右线圈中的电流明显增大，电磁力也增大，使指针向右偏转，指示冷却液温度高。

（3）动磁式冷却液温度表 动磁式冷却液温度表主要由永久磁铁、指针永久磁铁、三个电磁线圈和安装在指针永久磁铁上的指针所组成。其工作原理如图6-6所示。

图6-6 动磁式冷却液温度表与热敏电阻式传感器

如图6-6所示，当点火开关接通时，电流经蓄电池“+”→电流表A→点火开关→熔丝→X形线圈（流过其中的三组线圈，图中指针右侧所示三个线圈）→电阻→搭铁。另一路：电流经蓄电池“+”→电流表A→点火开关→熔丝→X形线圈（流过其中的一组线圈，图中指针左侧所示一个线圈）→热敏电阻式液温传感器→搭铁。

当冷却液温度较低时，传感器内热敏电阻（一般为负温度系数）的阻值较大，流经指针左侧线圈的电流较小，所产生的磁力小于指针右侧三个线圈所产生的磁力，使指针向左偏转，指针指示冷却液温度低。

当冷却液温度较高时，传感器内热敏电阻（一般为负温度系数）的阻值变小，流经指针左侧线圈的电流变大，此时所产生的磁力大于指针右侧三个线圈所产生的磁力，使指针向右偏转，指针指示冷却液温度高。

图6-7 电热式燃油表与可变电阻式传感器

3.燃油表

燃油表用来指示油箱内储蓄油量的多少。它由装在仪表板上的燃油指示表和装在燃油箱内的传感器配合工作。燃油指示表主要有电磁式和电热式两种，目前汽车常用电热式燃油指示表和相配套的可变电阻式传感器指示油箱内储蓄油量的多少。

（1）电热式燃油表 电热式（即双金属片式）燃油表的结构原理与前述电热式机油压力表和电热式冷却液温度表的结构原理基本相同。该表主要由电热式燃油指示表和与其相配套的可变电阻式传感器组成，其工作原理如图6-7所示。

当油箱中油量为0时，浮子下降到最低位置，滑片处于传感器电阻（可变电阻）的最右端，传感器的电阻全部串入电路中，此时电路中电流最小，指示表加热线圈发热量小，双金属片变形小，带动指针指在“0”位。

当油箱内油量增加时，浮子上升，滑片向左移动，串入电路中的电阻减小，电路中的电流增大。指示表加热线圈的发热量大，双金属片变形增大，带动指针向右偏转。

当油箱充满时，滑片移至最左端，将可变电阻短路，此时电路中电流最大，指针偏到最右边，指在“1”处。

提示：由于电源电压变化时，会影响燃油表指示值，故该类型燃油表电路需串联一个稳压器。

（2）电磁式燃油表 电磁式燃油表的结构原理与前述电磁式机油压力表和电磁式冷却液温度表的结构原理基本相同。该表主要由两个绕在铁心上的线圈1和线圈2、转子3，连在转子3上的指针4，可变电阻传感器5、滑片6和浮子7（浮子漂浮在油面上，随油面高低而改变位置）等组成。其工作原理如图6-8所示。

当点火开关接通后，电流经蓄电池“+”→点火开关S→接线柱10→左线圈1→接线柱9→右线圈2→搭铁。另一路：电流经蓄电池“+”→点火开关S→接线柱10→左线圈1→接线柱9→接线柱8→可变电阻式传感器5→搭铁。

当油箱油量为0时，浮子下降到最低位置，可变电阻5被短路，此时指示表中的右线圈2也随之被短路，无电流通过，而左线圈1承受电源的全部电压，通过的电流达到最大值，产生的电磁吸力最强，吸引转子，使指针指在“0”位上。

图6-8 电磁式燃油表

1—左线圈 2—右线圈 3—转子 4—指针 5—可变电阻式传感器 6—滑片 7—浮子 8—传感器接线柱 9、10—指示表接线柱

当油箱中油量增加时，浮子上升，可变电阻5部分被接入，并与右线圈2并联，同时又与左线圈1串联，使左线圈电磁吸力减弱，而右线圈2中有电流通过，产生磁场，使转子3在两磁场的作用下，向右偏转。

当油箱盛满油时，浮子带动滑片6移动到可变电阻5的最左端，使电阻全部接入。此时左线圈1中的电流最小，右线圈2中的电流最大，转子带着指针向右偏转角度最大，指在“1”的刻度，表示油箱盛满油。(www.xing528.com)

提示：传感器的可变电阻5末端搭铁，可以避免滑片6与电阻5之间因接触不良而产生火花，以免引起火灾。

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，由里程表和车速表两部分组成。按工作原理可分为有磁感应式和电子式两种。

（1）磁感应式车速里程表 磁感应式车速里程表的结构如图6-9所示，由机械转鼓式里程表和磁感应式车速表两部分组成。它没有电路连接，由汽车的变速器或分动器软轴驱动仪表的主动轴。

图6-9 机械驱动磁感应式车速里程表

车速表是由与主动轴紧固在一起的永久磁铁，带有轴及指针的感应罩（铝碗），磁铁护罩（磁屏）和紧固在车速里程表外壳上的刻度盘等组成。里程表由蜗轮蜗杆机构和六位数字的十进位数字轮组成。

车速表不工作时，感应罩在卡簧（盘形弹簧）的作用下，使指针指在刻度盘的零位。汽车行驶时，主动轴带着永久磁铁旋转，永久磁铁的磁力线穿过感应罩，在感应罩上感应出涡流，感应罩在电磁转矩作用下克服卡簧的弹力，向永久磁铁转动的方向旋转，直至与卡簧弹力相平衡。由于涡流的强弱与车速成正比，指针转过角度与车速成正比，指针便在刻度盘上指示出相应的车速。

里程表在汽车行驶时，软轴带动主动轴，主动轴经三对蜗轮蜗杆（或一套蜗轮蜗杆和一套减速齿轮系）驱动里程表最右边的第一数字轮。第一数字轮上的数字为1/10km，每两个相邻的数字轮之间的传动比为1∶10。即当第一数字轮转动一周，数字由9翻转到0时，便使相邻的左面第二数字轮转动1/10周，成十进位递增。这样汽车行驶时，就可累计出其行驶里程数，最大读数为99999.9km。

（2）电子式车速里程表 电子式车速里程表主要由车速传感器、电子电路、车速表和里程表四部分组成。图6-10所示为奥迪100型轿车的电子式车速里程表。

车速传感器的作用是产生正比于车速的电信号，如图6-10a所示。它由一个舌簧开关和一个含有4对磁极的转子组成。变速器驱动转子旋转，转子每转一周，舌簧开关中的触点闭合、打开8次，产生8个脉冲信号，该脉冲信号频率与车速成正比。

图6-10 奥迪100型轿车电子式车速里程表

a）车速传感器 b）电子电路 c）里程表

1—塑料环 2—舌簧开关管

电子电路的作用是将车速传感器送来的电信号整形、触发，输出一个电流大小与车速成正比的电流信号，如图6-10b所示。它的基本组成主要包括稳压电路、单稳态触发电路、恒流源驱动电路、64分频电路和功率放大电路。

车速表是一个电磁式电流表，当汽车以不同车速行驶时，从电子电路接线端输出的与车速成正比的电流信号便驱动车速表指针偏转，即可指示相应的车速。

里程表由一个步进电动机和六位数字的十进位数字轮组成，如图6-10c所示。车速传感器输出的信号，经64分频后，再经功率放大器放大到足够的功率，驱动步进电动机，带动数字轮转动，从而记录行驶的里程。

5.发动机转速表

发动机转速表是用来指示发动机曲轴转速的。转速表按其结构不同分为机械式和电子式两种。其中应用较为广泛的是电子式转速表，而且电子式转速表一般从点火系、发动机的转速传感器和发电机获取转速信号，图6-11所示为常见的从点火系获取转速信号的电子式转速表接线原理图。图6-12所示为桑塔纳轿车取自点火系的转速表电路原理图。

当初级电路导通时，晶体管VT截止，电容C₂被充电，充电电流由蓄电池正极→点火开关→电阻R₃→电容C₂→二极管VD₃→蓄电池负极。

当初级电路截止时，晶体管VT导通，电容器C₂放电，放电电流通过电容C₂阳极→晶体管VT→电流表M→二极管VD₃→电容C₂阴极。

当发动机工作时，点火系初级电路不停导通与截止，电容C₂不停充放电。因为初级电路通断的次数与发动机转速成正比，所以电流表中电流平均值与发动机转速成正比，从而可用电流平均值标定发动机的转速。

图6-11 从点火系获取转速信号的电子式转速表接线原理图

图6-12 桑塔纳轿车电子式转速表电路原理图

6.电流表

电流表用来指示蓄电池的充、放电电流值，以监视电源系统是否工作正常，帮助判断电路故障。电流表串联在蓄电池和发动机电路中，通常为双向工作方式，表盘中间的示值为“0”，表盘两侧分别标有“+”，“-”。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按结构不同可分为电磁式和动磁式两种，其工作原理基本相似。

（1）电磁式电流表 电磁式电流表的结构原理如图6-13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地板上，两个螺栓即形成电流表的两个接线柱。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”刻度上。

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，系统软钢转子也逆时针偏转，使指针指向表盘的“-”刻度。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，磁场也相反，合成磁场顺时针偏转，指针指向“+”侧。

（2）动磁式电流表 动磁式电流表的结构如图6-14所示。导电板2固定在绝缘底板上，两端分别与接线柱1、3相连，中间夹有磁轭6。转轴固装在导电板上，转轴上装有指针5和永久磁铁转子4组件。

图6-13 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

图6-14 动磁式电流表

1、3—接线柱 2—导电板 4—永久磁铁转子 5—指针 6—磁轭

当无电流通过电流表时，永久磁铁转子通过磁轭构成磁路，使指针保持在中间位置。当蓄电池向外供电时，放电电流通过导电板产生磁场，使永久磁铁转子带动指针向“-”侧偏转。放电电流越大，指针偏转角度越大，指示放电电流的读数也越大。当发电机向蓄电池充电时，指针则向“+”侧偏转，与蓄电池向外供电时方向相反。

（3）电流表的接线原则

1）电流表应与蓄电池串联，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，可通过电流表，而对于短时间断续用电设备的大电流，如起动机、电喇叭等均不流经电流表。

7.电压表

电压表主要用来指示发电机或蓄电池的端电压，它与电源及负荷并联连接，并且受到点火开关的控制。电压表按结构不同可分为电磁式和电热式两种。

（1）电磁式电压表 电磁式电压表的结构如图6-15a所示，它由两十字叉布置的电磁线圈、永久磁铁、转子、指针及刻度盘等组成。

电路中两只线圈与稳压二极管VS及限流电阻R串联。稳压管的作用是在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的位置。当电源电压达到稳压管击穿电压时，两个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，使转子带动指针偏向高电压方向。电源电压越高，磁场强度越强，指针偏转角度也越大，如图6-15b所示。

图6-15 电磁式电压表

a）结构 b）工作原理

（2）电热式电压表 电热式电压表的结构简单，如图6-16所示。双金属片上的电热丝没有电流时，指针指向“0”刻度。当电热丝两端加载电压时，电流流经电热丝发热，使双金属片受热变形，带动指针偏转。电热丝两端的电压越高，指针指示的读数越大。

提示：电热式电压表在切断电源时，指针摆动较迟缓，接通后要待指针指示稳定后才可读数。

图6-16 电热式电压表