وظیفه گیج خودرو چیست؟ بررسی انواع نشان‌دهنده‌های عقربه‌ای

وظیفه گیج خودرو چیست؟ چه انواعی دارد و هر کدام از این آمپرها چگونه کار می‌کنند؟ در ادامه سلسله مقالات مربوط به مجموعه پشت آمپر (کلاستر)، در اینجا به بررسی یکی از اجزای اصلی این سیستم مهم اطلاع‌رسانی به راننده یعنی نشان‌دهنده‌های عقربه‌ای خواهیم پرداخت. سطح این مقاله متوسط است و برای درک بهتر آن، داشتن اطلاعات اولیه در حوزه برق، الکترونیک و ساختار سیم‌پیچ‌ها ضروری به نظر می‌رسد. مطالعه این محتوا به دانشجویان مکانیک و تعمیرکارانی که به دنبال شناخت دقیق تکنولوژی‌های مختلف خودرو هستند، پیشنهاد می‌شود. با توجه به تنوع تکنولوژی‌ها (از مدل‌های بی‌متالی تا d’Arsonval)، این بررسی در چند بخش ارائه خواهد شد تا مطالعه آن برای شما خسته‌کننده نباشد.

نقش و وظیفه انواع آمپر در خودرو؛ چرا باید به نشانگرهای کلاستر دقت کرد؟

به‌صورت کلی نام‌های زیادی برای نشان‌دهنده‌های عقربه‌ای متداول است، گیج (Gauge)، آمپر خودرو و گاهی نیز کلاستر (Cluster Gauge) یا Meter نیز خوانده می‌شوند. در ایران عبارت آمپر بیشتر استفاده می‌شود مثل آمپر آب، آمپر بنزین. گاهی نیز فقط کمیت موردنظر بیان می‌شود مانند، کیلومتر، دور موتور. بهر حال منظور از آمپر یا گیج خودرو نوعی عملگر دورانی است که به‌منظور اطلاع‌رسانی یک کمیت به راننده در جلو آمپر (صفحه نشان‌دهنده‌ها) نصب شده است. (شکل 1)

شکل 1- نمونه برخی گیج‌های موجود در خودروها

انواع نشان‌دهنده‌های عقربه‌ای و مکانیسم عملکرد آن‌ها

به روش‌های مختلف می‌توان آمپرها را دسته‌بندی کرد. البته در این مقاله فقط به آمپرها عقربه‌ای فیزیکی پرداخته می‌شود. انواع امروزی که در روی یک صفحه LCD و یا LED هستند در یک مقاله دیگر بررسی خواهد شد. شکل 2 این دسته بندی را نشان می‌دهد.

شکل 2- انواع دسته بندی گیج‌ها در صفحه نشان‌دهنده

 گیج‌های مکانیکی (فشار مستقیم)

قدیمی‌ترین نسل نشان گیج‌های خودرو، نوع مکانیکی هستند. شاخص‌ترین این مدل نشان‌دهنده‌ها، سرعت‌سنج خودرو یا همان گیج کیلومتر خودرو است. اگرچه نسل‌های اولیه روی خودروها کاملاً مکانیکی بودند. اما به‌مرور برای بالارفتن کیفیت اجزا با میدان مغناطیسی نیز اضافه شدند. شکل 3 نمونه ای از این آمپرها را نشان می‌دهد.

1- صفحه نشان‌دهنده 2- صفحه آهنی 3- آهنربا دائم 4- کابل کیلومتر
5- لوله لاستکی قابل انعطاف 6- فنر حلزونی 7- عقربه 8- کنتور مکانیکی
شکل 3- نمونه نوعی سرعت سنج مکانیکی

کابل کیلومتر (شماره 4) از روی چرخ دنده ای روی گیربکس خارج می‌شود. این چرخ دنده ساده روی شفت خروجی گیربکس قرار داد بنابراین دور کابل کیلوکتر با شفت خروجی جعبه دنده متناسب خواهد بود. این کابل داخل یک روکش لاستیکی (شماره 5) قرار داد همانطور که در شکل 3 مشاهده می‌شود کابل کیلومتر که از روی چرخ دنده‌ای روی جعبه دنده خارج می‌شود به صفحه کیلومتر می‌رسد و باعث چرخش آهنربا (شماره 3) دایم می‌شود. آهنربا داخل داخل صفحه اهنی (شماره 2) دوران می‌کند.

در نتیجه دوران آهنربا باعث می‌شود صفحه آهنی نیز تمایل به حرکت داشته باشد. اما دوران صفحه آهنی از طریق یک میله توسط یک فنر حلزونی (شماره 6) کنترل می‌شود بنابراین میزان زاویه دوران صفحه آهنی متناسب با دوران اهنربا دایم و نیروی فنر حلزونی خواهد بود. در نتیجه عقربه (شماره 7) میزان سرعت خودرو را نشان خواهد داد.
تقریباً تمامی اجرا بخش کنتور کیلومتر مکانیکی هستند شکل 4 این بخش را نشان می‌دهد.

1- عقربه 2-فنر حلزونی 3- صفحه راه انداز اولیه 4- صفحه اهنی
5- آهنربا دایم (مگنت) 6- کابل کیلومتر 7- دنده مارپیچ 8- دنده مستقیم 9-کنتر کیلومتر
شکل 4- اجزا گیج کیلومتر مکانیکی

بر اساس شکل 4 یک مکانیزم چرخدنده حلزون شامل دنده مارپیچ (شماره 7) و دنده مستقیم (شماره 8) میزان دوران کابل (شماره 6) را به چرخ دنده جانبی کنتر کیلومتر (شماره 9) منتقل می‌کند. این مدل می‌تواند محدوده 0 الی 270 درجه را پوشش دهد. از این نوع آمپرها دیگر روی خودروها مشاهده نمی‌شود.

گیج‌ خودرو از نوع  بی‌متالی Bimetalical gauge

یکی دیگر نشان‌دهنده‌هایی که سال‌ها روی خودروها استفاده می‌شد نوع بی‌متالی است. می‌توان این نوع را نیز در دسته نوع مکانیکی دسته‌بندی کرد؛ چون اجزا خاص الکتریکی یا الکترونیکی ندارد. استفاده از گیج خودرو برای آمپر آب و سوخت متداول بود. شکل 5 اجزا این نوع گیج را نشان می‌دهد.

1- پایه 2- بی متال 3- برق از باتری 4- سنسور 5- بدنه
6- سیم پیچ المنتی 7- عقربه 8- صفحه گیج
شکل 5- اجزا داخلی گیج خودرو از نوع بیمتالی

همانطور که در شکل 5 مشاهده می‌شود ساختار این نوع گیج بسیار ساده است. یک بیمتال (شماره 2) به عقربه (شماره 7) متصل شده است. بی متال توسط المنت (شماره 6) که روی آن پیچیده شده است تحت تاثیر گرما قرار می‌گیرد. هرچه المنت گرم‌تر شود تاثیر بیمتال بیشتر خواهد بود. در نتیجه بی متال بیشتر خم می‌شود. خم شدن بی متال سبب حرکت عقربه خواهد شد. همانطور که مشاهده می‌شود یک سر المنت به برق باتری متصل است.

و سر دیگر آن به سنسور (شماره 4) (مثلاً سنسور دمای مایع خنک کننده در این شکل) بنابراین هر چه سنسور مقاومت کمتری داشته باشد برق بیشتری از المنت عبور خواهد کرد، المنت داغ‌تر شده و عقربه بیشتر منحرف خواهد شد. شکل 6 شکل واقعی این نوع آمپر خودرو را نشان می‌دهد.

شکل 6- نمونه واقعی گیج بی متالی

محدوده زاویه حرکت در گیج‌های بی‌متالی حدود 0 الی 100 درجه است. از این نوع آمپرها نیز به دلیل خطا، امروزه به ندرت استفاده می‌شود.

گیج سیم‌پیچی (Air-Core)

گیج‌های سیم‌پیچی بر اساس خاصیت میدان مغناطیسی کار می‌کنند. زیاد و کم‌شدن میدان مغناطیسی در سیم‌پیچ‌ها سبب انحراف عقربه به سمتی که میدان قوی‌تری دارد می‌شود. انواع 2 و 3 سیم‌پیچی، نوع گیج Air-core و نوع d’Arsonval movement از زیر مجموعه‌های این دسته به شمار می‌روند که همه بر اساس خاصیت سیم پیچ و میدان مغناطیسی کار می‌کنند.

گیج خودرو از نوع d’Arsonval movement

یک فیزیک‌دان فرانسوی به نام ژاک ارسن د آرسونوال (Jacques-Arsène d’Arsonval) بر اساس خواص الکترومغناطیس ساختار گالوانومتر را کامل کرد به احترام او، نشان‌دهنده اولیه که بر اساس خاصیت مغناطیسی کار می‌کند را d’Arsonval نامیدند. شکل 7 نمونه گالوانومتر ارسون را نشان می‌دهد.

شکل 7-نمونه گالوانومتر ارسن

1-آهنربا دایم (مگنت) 2- عقربه 3و 5 – پایه‌های تغذیه و کنترلی 4- هسته بوبین 6- سیم پیچ
شکل 8- نمونه گیج خودرو از نوع ارسن

همانطور که در شکل 8 مشاهده می‌شود این سیستم از یک آهنربا دایم نعلی شکل (شماره 1) و یک مجموعه بوبین (شماره 4 و 6) که بوبین داخل آهنربا قرار گرفته است. عقربه روی بوبین قرار گرفته است. میزان حرکت بوبین بر اساس میزان آهنربایی آن خواهد بود. میزان آهنربایی بوبین به جریانی که از سیم پیچ بوبین عبور می‌کند ارتباط مستقیم دارد. هر چه جریان بیشتری عبور کند، میدان قوی‌تر و هرچه جریان کمتر عبور کند میدان بوبین ضعیف‌تر خواهد بود.

گیج خودرو از نوع دو بوبینی

مدل‌های بعدی گیج‌های سیم‌پیچی از نوع دو بوبین بودند. گیج از نوع دو سیم‌پیچی (دو بوبینی) تشکیل شده است، اساس کار مانند همان نوع ارسون است با کمی تغییرات که عملکرد آن را بهبود بخشیده است. شکل 9 نمونه این گیج خودرو را نشان می‌دهد.

1- عقربه 2- سیم تغذیه 3- بوبین تثبیت کننده 4- هسته اهنی 5- بوبین منحرف کننده
شکل 9- نمونه نشان‌دهنده عقربه‌ای از نوع بوبینی

این نوع نشان‌دهنده‌ها نیز معمولاً زاویه محدودی برای نمایش دارند. برای تشریح بهتر نوعی نشان‌دهنده بوبینی در مدار نشان‌دهنده دمای مایع خنک‌کننده موتور تشریح می‌شود . (شکل 10)

1- باتری 2- سوییچ اصلی 3- گیج 4- بوبین تثبیت کننده 5- بوبین منحرف کننده 6- فشنگی آب
شکل 10- مدار نشان‌دهنده دمای آب از نوع دو بوبینی

بر اساس شکل 10 با باز کردن سوییچ (شماره 2) برق به گیج (شماره 3) می‌رسد. از آنجا دو بخش می‌شود.

• یک مسیر از طریق بوبین تثبیت‌کننده (شماره 4) به بدنه می‌رسد در نتیجه این بوبین همواره میدان مغناطیسی ثابتی دارد و عقربه را با یک نیرو ثابت به سمت خود می‌کشد.
•  مسیر دیگر از طریق بوبین منحرف‌کننده و سنسور دمای مایع خنک‌کننده موتور به بدنه می‌رسد. جریانی که از این سیم‌پیچ عبور می‌کند متناسب با مقاومت سنسور است. هر چه سنسور گرم‌تر بشود (NTC) مقاومت آن کمتر می‌شود؛ بنابراین جریان بیشتری از آن عبور می‌کند. این جریان بیشتر بوبین منحرف‌کننده را بیشتر تحت‌تأثیر خود قرار داده و آهنربایی این بوبین افزایش پیدا می‌کند و عقربه را بیشتر به سمت خود منحرف می‌کند.

شکل 11- نوعی گیج خودرو دو بوبینی

بخش اول بررسی انواع گیج‌ها در اینجا به پایان می‌رسد. در مقاله بعدی در مورد نسل جدیدتر گیج‌های عقربه‌ای، مطالبی بیان خواهد شد.

نویسنده : مهندس بهروز خطیبی