گیج از نوع Air-core

گیج از نوع Air-core چیست؟ این مدل چه تفاوتی با سایر گیج‌ها دارند؟ در سلسله مقالات مربوط به مجموعه پشت آمپر، به عضو مهم گیج‌های عقربه‌ای رسیدیم. در مقاله قبلی مدل‌های قدیمی‌تر این نوع نشان‌دهنده معرفی شد. این مقاله ادامه موارد مربوط به نشان‌دهنده‌های عقربه‌ای خودرو است. سطح مقاله متوسط است و دانش برق و الکترومغناطیس برای درک بهتر آن ضروری خواهد بود. پیشنهاد می‌شود قبل از خواندن این مقاله حتماً مقاله قبلی را مطالعه کنید.

دوره آموزش تنظیم موتور خودرو در دانشگاه صنعتی شریف

ساختار کلی گیج‌های air-core

متداول‌ترین نوع گیج‌ها در صفحه نشان‌دهنده‌ای امروزی، از نوع air-core هستند ترجمه تحت الفظی این نوع شاید جالب به نظر نرسد (گیج با هسته هوا) در برخی موارد به‌صورت محدود به این گیج‌ها با نام cross coil نیز شناخته می‌شوند که شاید ترجمه فارسی آن جالب‌تر به نظر برسد (گیج با سیم‌پیچ ضرب‌دری). شکل 1 این نوع را نشان می‌دهد.

شکل 1- نوعی آمپر air-core

این نوع آمپرها در واقع بهینه‌شدن نسل بوبینی یا همان سیم‌پیچی هستند. همانطور که در شکل 1 مشاهده می‌شود دو سیم‌پیچ به صورت ضرب دری روی هم پیچیده شده اند. شکل 2 ساختار کلی این گیج را نشان می‌دهد.

1-صفحه نشان‌دهنده 2- عقربه 3- هسته مرکزی 4- سیم پیچ‌ها 5- مقاومت تعدیل کننده
شکل 2- ساختار گیج از نوع air-core

شکل 3 مدل ساده نقشه انفجاری این نوع را نشان می‌دهد.

1- بدنه فلزی 2- قاب پلاستیکی پایینی 3- سیم‌پیچ 4- محل نصب عقربه
5- قاب پلاستیکی بالایی 6- هسته مگنتی
شکل 3- نقشه انفجاری گیج به سیم‌پیچ ضرب دری

دو سیم‌پیچ در زوایای مختلف (عمود بر هم یا ضرب‌دری) قرار می‌گیرند که یکی به‌دور دیگری می‌پیچد.

انواع Air core gauge

این نوع گیج‌ها بسته به محل استفاده تنوع زیادی دارند؛ اما به‌صورت کلی شکل 4 مهم‌ترین دسته‌های موجود در این گیج را معرفی می‌کند.

شکل 4- انواع آمپرهای از نوع Air-core

آمپر از نوع دو سیم‌پیچ بدون مگنت

شکل 5 به صورت شماتیک مدار این نوع را که برای نشان‌دهنده میزان سوخت استفاده شده است را معرفی می‌کند.

1- سوییچ اصلی 2- گیج air-core 3- سیم‌پیچ تثبیت کننده 4- سیم‌پیچ منحرف کننده 5- واحد شناور باک
شکل 5- شماتیک مدار گیج air core با دو سیم‌پیچ بدون مگنت

همانطور که در شکل 5 مشاهده می‌شود این نوع تقریباً تفاوت معنا داری با مدل دو بوبینی که در مقاله قبلی معرفی شد ندارد. جریان برق پس از عبور از سیم‌پیچ تثبیت کننده (شماره 3) به یک دو راهی می‌رسد بخشی به سمت سیم‌پیچ منحرف کننده (شماره 4) و بخشی به سمت سنسور که در اینجا شناور باک است هدایت می‌شود. هر چه سوخت در باک بیشتر باشد مقاومت این سنسور بیشتر خواهد بود در نتیجه ولتاژ کمتر به سمت سنسور و ولتاژ بیشتر به سمت سیم‌پیچ منحرف کننده ارسال می‌شود و عقربه سمت F (پر) را نشان می‌دهد.

آمپر از نوع دو سیم‌پیچ با هسته مگنت

شکل 6 مدار این نمونه را نشان می‌دهد.

1- هسته مگنتی 2- سوییچ اصلی 3- سیم‌پیچ مرجع 4- سیم‌پیچ میدان 5- سنسور
شکل 6- شماتیک مدار گیج air core با دو سیم‌پیچ با مگنت (سوخت)

آهنربا (شماره 1) با توجه به مقاومت واحد فرستنده (شماره 5)، خود را با میدان حاصل، در سیم پیچ‌های مرجع (شماره 3) و سیم‌پیچ میدان (شماره 4)، تنظیم می‌کند. مقاومت واحد سنسور (شماره 5) قدرت سیم‌پیچ میدان (شماره 4) را تغییر می‌دهد که با قدرت سیم‌پیچ مرجع (شماره 3) مخالف است. در نتیجه قدرت میدان الکترومغناطیسی به مقاومت در واحد فرستنده بستگی دارد. عقربه به مگنت متصل است بنابراین هر چه قدرت سیم‌پیچ میدان بیشتر شود مگنت و در نتیجه عقربه به آن سمت انحراف پیدا خواهند کرد.

شکل 7- استفاده از مقاومت تعدیل کنننده در گیج‌های air-core

همانطور که در شکل نیز مشاهده می‌شود یک برد کوچک، در نشان‌دهنده قرار داده شده است که می‌تواند شامل اجزا مختلف الکترونیکی مانند مقاومت یا دیود و حتی خازن باشد. شکل 8 نمونه ای از عملکرد این نوع را معرفی می‌کند

1- برق تغذیه از سوییچ 2- سوزن عقربه 3-سیم‌پیچ میدان 4- سیم‌پیچ مرجع 5- مگنت
6- دیود زنر 7- مقاومت تعدیل کننده 8- سنسور CTS
شکل 8 – نمونه ای از مدار گیج air core با مقاومت و دیود کنترلی

این مدار شماتیک نشان‌دهنده دمای مایع خنک‌کننده موتور است. در حالت عادی یک فنر حلزونی، عقربه (شماره 2) را به سمت سرد (C) نگه می‌دارد. به جایگاه C و H توجه کنید. (شکل 1-9)

1: سوییچ بسته 2: موتور روشن نسبتاً سرد 3: موتور روشن گرم
شکل 9- عملکرد گیج air core با مقاومت و دیود کنترلی

1.  این مدار شماتیک نشان‌دهنده دمای مایع خنک‌کننده موتور است. در حالت عادی یک فنر حلزونی، عقربه (شماره 2) را به سمت سرد (C) نگه می‌دارد. به جایگاه C و H توجه کنید. (شکل 1-9)
2. هنگامی که سوئیچ باز شده و موتور سرد باشد، مقاومت سنسور CTS زیاد خواهد بود (مقاومت از نوع NTC) است؛ بنابراین از این مسیر نمی‌تواند به بدنه راه پیدا کند. همانطور که در شکل 9 قسمت 2 مشخص شده است جریان دو شاخه می‌شود یکی از سیم‌پیچ A عبور میکندو و دیگری از مقاومت R ، نظر به اینکه مقاومت R کمتر از مقاومت سیم‌پیچ A است بنابراین ولتاژ در نقطه X بیشتر از نقطه Y خواهد بود. به همین دلیل مقاومت دیود ذنر به صورت معکوس شکسته می‌شود و جریان از آن عبور کرده و به نقطه X می‌رسد سپس با جریانی که از سیم‌پیچ A امده است تجمیع شده و به سیم‌پیچ B میرسدهمانطور که در شکل 9 قسمت 2 مشخص شده است جریانی که از سیم‌پیچ B می‌گذرد هنور بیشتر از سیم‌پیچ A است بنابراین هنوز عقربه به سمت C نزدیک‌تر است.
3. هنگامی که موتور گرم می‌شود مقاومت فشنگی آب کاهش می‌یابد بنابراین بخشی از جریان می‌تواند از این مقاومت به بدنه برسد. در نهایت تقابل بین نیروی سیم پیج A، سیم‌پیچ B ، فنر حلزونی و البته مگنت داخلی سبب تعیین میزان انحراف عقربه خواهد شد. این تقابل نیروهای مغناطیسی در شکل 9 بخش 3 نشان داده شده است.

آمپر از نوع سه سیم‌پیچ با هسته مگنت

یکی از راه‌های افزایش دقت در گیج‌های air-core استفاده از سه سیم‌پیچ بجای دو سیم‌پیچ است. اما برای اینکه تعادل وزنی سیم‌پیچ‌ها از بین نرود و هسته بتواند به‌راحتی حرکت کند یک سیم‌پیچ را دو طرف می‌پیچند. شکل 10 این نمونه را نشان می‌دهد

A: سیم‌پیچ سمت پر (F) B: سیم‌پیچ تعادلی (Bucking) C: سیم‌پیچ سمت خالی (E)
شکل 10- نحوه چیدمان سه سیم‌پیچ روی هسته گیج

همانطور که در شکل مشاهده می‌شود سیم‌پیچ سمت خالی (C) و سیم‌پیچ تعادلی (B) به‌صورت متقابل با هم قرار گرفته‌اند. از طرف دیگر اگر به شکل سمت چپ توجه شود میدان مغناطیسی این دو سیم‌پیچ دقیقاً برعکس هم است. به عبارت ساده میدان سیم‌پیچ سمت L توسط میدان سیم‌پیچ Bucking کاهش (تعدیل) می‌شود. سیم‌پیچ سمت پر 90 درجه با سیم پیچ‌های تعادلی و سمت کم زاویه سیم‌پیچی دارد بنابراین نحوه تقابل میدان‌های این سه کاملاً قابل محاسبه است. نحوه عملکرد این مدل برای گیج مقدار سوخت در شکل‌های 11 و 12 تشریح شده است.

1- سوییچ اصلی 2- گیج 3- سیم‌پیچ سمت خالی E 4- سیم‌پیچ تعادلی
5-سیم‌پیچ سمت پر F 6- واحد شناور باک
شکل 11- نحوه عملکرد نشان‌دهنده air core با سه سیم‌پیچ – گیج سوخت – حالت خالی

همانطور که بیان شد این گیج از سه سیم‌پیچ تشکیل شده که عبارت‌اند از سیم‌پیچ سمت خالی E (شماره 3) ، سیم‌پیچ تعدیل کننده (شماره 4) و سیم‌پیچ سمت زیاد F (شماره 5). در حالتیکه باک خالی است ، مقاومت واحد باک بسیار کم است بنابراین جریان برق پس از ورود به گیج و عبور از سیم‌پیچ سمت کم (شماره 3) از طریق واحد باک (شماره 6) بدنه میشود. عقربه نیز سمت E را نشان میدهد

شکل 12- نحوه عملکرد نشان‌دهنده air core با سه سیم‌پیچ – گیج سوخت – حالت پر

هنگامی که باک پر می‌شود مقاومت واحد باک (شماره 6) افزایش می یابد. به همین دلیل جریان از طریق سیم‌پیچ تعدیل کننده (شماره 4) و سیم‌پیچ سمت پر (شماره 5) نیز عبور خواهد کرد. سیم‌پیچ تعادلی (شماره 4) میزان آهنربایی سیم‌پیچ سمت خالی (شماره 3) را کاهش میدهد و سیم‌پیچ سمت پر (شماره 5) باعث انحراف عقربه خواهد شد. برای جبران تلورانس های تولید در سیم‌پیچ ها، یک مقاومت شنت انتخابی به پشت محفظه گیج متصل می شود. این مقاومت انتخابی مقدار مشخصی از جریان را از سیم‌پیچ ها دور می کند.

A: مخصوص گیج‌های دمای مایع خنک کنده
B: مخصوص گیج‌های میزان سوخت در باک
شکل 13 – نحوه اتصال گیج با سنسور و برق تغذیه

دلیل این کار نیز تفاوت در نوع واحد سنسور است. سنسور آب هرچه گرم‌تر شود مقاومتش کمتر می‌شود؛ اما سنسور واحد باک هرچه پر تر شود مقاومتش بیشتر خواهد شد.
نویسنده: مهندس بهروز خطیبی