Вольтметр-индикатор бортовой сети автомобиля

Контроль напряжения бортовой электросети автомобиля можно осуществить, установив в автомобиле вольтметр для оценки заряженности аккумуляторной батареи, работы генератора и реле-регулятора напряжения. При этом значимость его на автомобилях, имеющих амперметр (Москвич всех типов), не ниже по сравнению с автомобилями без амперметра (Жигули- всех моделей).

Объясняется это тем, что амперметр показывает, заряжается ли аккумуляторная батарея или нет, идет ли расход энергии с генератора или батареи, но он не позволяет однозначно судить о состоянии батареи: заряжена она полностью (поэтому и нет тока зарядки), разряжена, но зарядки нет вследствие низкого напряжения генератора (нужна подстройка реле-регулятора) и т. д. Таким образом, вольтметр, не снижая достоинств амперметра, отдельно, а лучше в комплексе с ним, позволит поэтапно наблюдать за состоянием бортовой сети автомобиля до пуска двигателя, при работе на холостых, средних или повышенных оборотах.

Поскольку контролируемое напряжение бортовой сети может быть в пределах 12...15 В (или 10... 15 В, в зависимости от необходимых пределов контроля), шкала стрелочного вольтметра для лучшей наглядности должна быть растянутой в этих пределах, иначе информативность прибора будет невелика. Кроме того, нужно учесть и сложность размещения (или встраивания в панель) этого прибора в салоне автомобиля.

Как показывает опыт, вполне достаточной информативностью обладает вольтметр-индикатор, выполненный на базе миниатюрных (сигнальных) ламп накаливания, прикрытых цветными светофильтрами. Принципиальная схема такого прибора приведена на рис. 1. Выбор диапазона контролируемого напряжения и деление его на участки зависит от желания конструктора. Автором был принят диапазон контролируемого напряжения 12 В и выше (практически до 15...16 В) с разбивкой его на участки, как показано на рис. 2. Участкам Нет зарядки, Норм, ток зарядки и Очень большой ток зарядки соответствует горение ламп накаливания НЫ, HL2 и HL3. Эти лампы светятся при напряжениях в бортовой сети автомобиля 12... 13,7 В, 13,2... 14,6 В, 14,2 В и выше. В зонах перекрытия Малый ток зарядки и Большой ток зарядки светятся по две лампы, указывая на то, что напряжение в сети автомобиля находится в том или ином крайнем значении относительно нормального. Лампа НЫ имеет оранжевый фильтр, HL2 — зеленый, HL3 — красный. Они расположены на лицевой панели прибора слева направо, обеспечивая удобство наблюдения за напряжением и его изменениями.

Вольтметр-индикатор состоит из трех измерительных каскадов, каждый из которых соответствует одному из участков напряжения и управляет своей лампой. Из мерительные каскады собраны по идентичным схемам (крайний правый для участка 14,2 В и больше не пол ный) и отличаются только пороговыми напряжениями срабатывания.

Прибор работает следующим образом. При включении замка зажигания питание бортовой сети поступает на шину +12 В, и если напряжение аккумуляторной батареи равно 12 В или выше, то ток, протекающий через открывшийся стабилитрон VD1 и резисторы R3 и R4, откроет транзистор VT1. При этом лампа НL1, включенная в цепь коллектора этого транзистора, получит питание и будет светиться. Если напряжение батареи ниже 12 В (она разряжена), лампа HL1 светиться не будет. Она погаснет и при пуске двигателя автомобиля, если при работе стартера напряжение аккумуляторной батареи станет ниже 12 В (обычно так и бывает). Другие лампы вольтметра-индикатора при этом не светятся потому, что напряжение открывания остальных стабилитронов больше напряжения открывания стабилитрона VD1.

При повышении напряжения бортовой сети до 13,2 В срабатывает второй измерительный каскад на стабилитроне VD3 и транзисторе VT3 и загорается лампа HL2 (лампа HL1 продолжает гореть). Дальнейшее повышение напряжения до 13,7 В приводит к открыванию стабилитрона VD2 и транзистора VT2 первого каскада, который шунтирует эмиттерный переход транзистора VT1, обеспечивая его закрывание и погасание лампы HL1. На лицевой панели вольтметра-индикатора в это время светится только лампа HL2.

При напряжении 14,2 В откроются стабилитроны VD5, VD6 и транзистор VT5 третьего измерительного каскада. Теперь загорится лампа HL3 (лампа HL2 продолжает гореть). Если напряжение бортовой сети достигнет 14,6 В, откроются стабилитрон VD4 и транзистор VT4 второго измерительного каскада, что приведет к закрыванию транзистора VT3 и погасанию лампы HL2. На панели прибора остается светящейся только лампа HL3, которая будет гореть и при дальнейшем росте напряжения.

При уменьшении напряжения бортовой сети, например с 15 до 12 В, порядок переключения сигнальных ламп будет обратным.

Резисторы R1, R7 и R13 предохраняют транзисторы КТ608Б от перегрузки по коллекторному току при включении ламп HL1 — HL3, когда сопротивление их холодных нитей накала составляет 10...20 Ом. Резисторы R2, R8 и R14 шунтируют транзисторы VT1, VT3 и VT5, уменьшая протекающий через них ток в моменты переключения, когда на них рассеивается максимальная мощность. Шунтирующие резисторы позволяют транзисторам К.Т608Б работать без теплоотводов , начальный же ток ламп (40...50 мА) подогревает нить накала очень слабо и не мешает наблюдению.

В качестве индикаторов HL1 — HL3 в приборе можно использовать лампы накаливания МН 13-0,18 (13,5 ВХ0,18 А) или автомобильные 12 BX1 Св , яркость свечения которых достаточна для наблюдения в любых условиях.

Напряжение стабилизации стабилитрона VD1 должно быть 11,2 В, VD2— 11,5 В, VD3— 12,2 В, VD4 — 12,5 В. Суммарное напряжение стабилизации стабилитронов VD5 и VD6 необходимо подобрать равным 13,2 В.

При отсутствии возможности отбора стабилитронов требуемые пороги срабатывания измерительных каскадов можно получить изменением номиналов резисторов R3, R5, R11, R15 или R4, R6, R10, R12, R16, а также подбором одновременно тех и других. Для снижения порога срабатывания транзисторов нужно уменьшать сопротивления резисторов R3, R5, R9, R11, R15 или увеличивать— R4, R6, R10, R12, R16 и наоборот. Практически уже при небольших изменениях сопротивлений этих резисторов удается изменить пороги срабатывания каскадов на 0,2...0,8 В.

Статический коэффициент передачи тока h21э транзисторов КТ608 (VT1, VT3, VT5) должен быть не менее 200. При меньшем коэффициенте h21э процесс открывания и закрывания этих транзисторов будет затягиваться до 0,3...0,4 В изменения входного напряжения, что нежелательно с точки зрения наглядности (вялое переключение ламп) и точности измерения бортового напряжения.

К таким же результатам приводит и включение диодов в прямом направлении последовательно со стабилитронами (для облегчения подбора напряжения срабатывания измерительных каскадов). Это объясняется тем, что при малых базовых токах транзисторов диоды (кремниевые и германиевые) работают на плавно изги-бающемся начальном участке прямой ветви вольтампер-ной характеристики, где рост тока при увеличении на-нряжения сравнительно невелик.

Коэффициент h_21э транзисторов КТ312Б (VT2, VT4) или заменяющих их транзисторов КТ315 может быть 50...80. В случае использования транзисторов серии КТ312 с коэффициентом h21э более 100...150 в моменты переключения измерительных каскадов может возиик-нуть колебательный процесс, при котором лампы HL1 или HL2 будут мигать с частотой 3...5 Гц. Устранить это явление можно включением между базой и коллектором транзисторов VT2, VT4 конденсатора емкостью 0,03 мкФ. Конденсаторами таких же емкостей можно зашунтировать участки эмиттер-коллектор транзисторов VT1, VT3, VТ5. Но делать это необязательно (даже лучше не делать), поскольку самовозбуждение возникает при незначительном изменении напряжения бортовой сети (0,03...0,05 В) и, кроме того, оно очень хорошо информирует о том, что напряжение сети находится на границе перехода с одного измерительного участка на другой. Работоспособность вольтметра-индикатора и точность измерения границ интервалов проверяют по схеме рис. 3, используя регулируемый источник постоянного напряжения (от 10 до 16 В) с допустимым током нагрузки 300 мА и вольтметр.

Медленно повышая напряжение от 10 до 15...16 В и наблюдая за загоранием и погасанием ламп, проверяют границы участков работы индикаторов. В случае несоответствия этих границ (см. рис. 2), что может быть в пределах 0,2...0,5 В из-за разброса параметров стабилитронов и транзисторов, или при желании изменения этих границ стабилитроны заменяют на другие, имеющие соответствующее напряжение стабилизации.

Конструкция прибора произвольная. Автор, например, смонтировал его в пластмассовой коробке размерами 35X75x90 мм. На лицевой стенке (35X75 мм) размещены три фонаря (с оранжевым, зеленым и красным светофильтрами). Коробка установлена (предварительно подогнана по месту) под приборной доской (левее рулевой колонки) автомобиля Москвич-408.

Неплохо выглядит конструкция, если на лицевой стенке коробки вырезать щель (6X50 мм) и прикрыть ее полоской матового стекла, обрамленного декоративной рамкой. Под стеклом устанавливают плоские цветные фильтры и индикаторные лампы HL1 — HL3. Для устранения подсветки лампами не своих цветофильт-ров в соответствующих местах щели следует укрепить перегородки.

Вольтметр-индикатор с неменьшим успехом может быть применен на грузовых автомобилях любых типов и автобусах. При напряжении бортовой сети автомобиля 24 В в прибор необходимо внести следующие изменения:

в качестве индикаторов НЫ — HL3 установить лампы МН26-0,12 (26 ВХ0,12 А) или МН36-0,12 (36 ВХ Х0,12 АН) стабилитроны серии Д814 заменить стабилитронами КС524Г и .КС527А (возможно последовательное включение других стабилитронов.);

сопротивление резисторов Rl , R7 и R13 увеличить до 100... 120 Ом, а резисторы R2, R8 и R14 исключить.

В 24-вольтовом вольтметре-индикаторе могут быть использованы транзисторы КТ608Б и КТ312Б (КТ315Г, Е, В, Д).

Источник регулируемого напряжения (см. рис, 3) должен иметь пределы регулировки 20...30 В. Разбивку диапазона контроля напряжения (см. рис. 2) производят на основе технических условий эксплуатации аккумуляторных батарей и электрооборудования автомобилей.