[科普中国]-动力与仪表

仪表是动力系统中不可缺少的一部分，全面掌握着建筑内空气温、湿度，水流量，空气流速等信息。温度、湿度、压力、液位及流量指示等调节仪表、感受元件及变送器、流量计等就地检测指示仪表、记录仪表均由仪控专业负责，动力专业根据自身系统要求与仪控专业配合完成仪表的设计和选型。

混合动力汽车仪表的优化设计汽车仪表是人与汽车交流的通道，它的外形不仅关系到汽车的舒适性，也对汽车的空间布置带来相应的影响；此外，汽车仪表工作性能的准确及可靠与否还对汽车的行驶安全带来重要的影响。

通过采用CAN总线技术对混合动力汽车的仪表进行优化设计，有效地改善传统汽车仪表所带来的线路众多、体积庞大、抗干扰能力差和控制精度较差等缺点，进而达到线路简化、体积减小及工作可靠度提高的目的

CAN总线技术和混合动力汽车的介绍1、CAN总线技术

CAN总线技术起源于Bosch公司，主要用于汽车监控、开关量控制及制造业等领域，具有线路简化、可靠性高、可实现实时诊断、测试和报警功能等优势。因此，目前CAN总线技术在汽车上的应用已越来越广泛。

2、混合动力汽车

随着科技的发展，传统能源———石油的枯竭及人们环保意识的增强，要求现在的汽车既环保又节能，以应对能源紧张和环境日益恶化带来的问题，因此，新型节能环保汽车就应运而生。混合动力汽车是在传统动力汽车的基础上再加装一套其它动力控制系统的新型汽车，与传统的汽车相比，具有节能、环保等优点，并且技术也在不断地发展和成熟，应用也越来越广泛。

3、汽车仪表

迄今为止，汽车仪表已经发展到了第4代———步进电机式全数字汽车仪表，且正朝着网络化和智能化的方向发展，具有精度高、重复性好、分度均匀、响应速度快且无抖动、可靠性高及适用范围广等优点。

混合动力汽车LCD仪表的优化设计1、混合动力汽车

LCD仪表的性能要求混合动力汽车LCD仪表的性能具有2个方面的要求：

① 应具备对传感器传输回来的信号进行分析处理的能力；

② 应具备直接处理用线束传递过来需要显示的汽车信号的能力。

2、硬件系统的优化设计

（1）设计原则

硬件系统的设计原则要求该系统既能实现设计的功能，又要求系统工作可靠且具有持久性。系统的硬件结构组成详见表2。

（2）硬件系统设计思路

根据硬件系统在设计时的原则要求，设计出硬件结构。

3、软件系统的优化设计

软件系统在设计时要求系统能可靠、迅速并实时地进行工作。根据要求，对软件系统进行了相应的设计。

系统功能的实现通过对混合动力汽车LCD仪表的优化设计，对系统进行验证。验证结果显示，系统可以实现仪表的显示功能、状态指示功能、故障报警功能及数据保存与回放功能。

（1）系统仪表的显示功能

验证结果显示，仪表可将汽车的速度、燃油量、温度及电流电压等物理量很形象地显示出来。 通过仪表的显示，可发现仪表能够以数据的形式很好地将汽车的行驶里程及汽车的百公里油耗显示在仪表上。

（2）系统仪表的状态指示功能

仪表能够很清晰明了地将汽车的当前状态显示出来，汽车灯光指示标志。

（3）系统仪表的故障报警功能

经验证，仪表可很好的将汽车的制动系统、安全系统及电喷燃油系统等方面的故障显示出来并报警。

（4）系统仪表的数据存放与回放功能

仪表能对汽车状态的数据进行累计和存储，当汽车关机时，系统会自动对数据进行保存，当下次起动时，系统可通过对数据的读取将数据显示在仪表显示屏上。1

仪表“死区”对动力系统的影响什么是“死区”“死区”又称仪表的不灵敏区，是输入量的变化不致引起输出量有任何可察觉变化的有限区间；是当输入量上升和下降时，同一输入的两相应输出值间（若无其他规定，则指全范围行程）的最大差值。

“死区”主要分为“报警死区”和“控制死区”。

报警死区：避免在报警区附近时频繁的触发报警信息。

控制死区：避免调节阀频繁动作，对小于死区的偏差不产生控制作用，或者当控制输出与前一次的差小于死区时，控制输出不发生变化。

当被控量到达“死区”区域时，系统不做控制，这样做的目的在于避免频繁启停控制机构。而当“死区”范围超过工艺系统的要求时，造成报警功能无法实现或相应的设备阀门等无法操作。仪表“死区”分为可调和不可调两类。不可调“死区”，即无论将压力开关的动作点设定到多大的压力，它所回复的值，都会比所设定的压力值小（或者高）的一个值。所谓可调“死区”，即在出厂时可以设定好的开关回复值。以下压力开关和浮子式液位计为例进行说明。

压力开关的“死区”1、压力开关“死区”工作原理

当系统内压力高于或低于额定的安全压力时，感应器内碟片瞬时发生移动，通过连接导杆推动开关接头接通或断开，当压力降至或升至额定的恢复值时，碟片瞬复位，开关自动复位，或者简单的说是当被测压力超过额定值时，弹性元件的自由端产生位移，直接或经过比较后推动开关元件，改变开关元件的通断状态，达到控制被测压力的目的。当被测压力达到额定值时，压力开关可发出警报或控制信号。

2、“死区”形成的原因

压力开关的“死区”：是指开关设定动作值和复位值的差值。当有较小的压力加在开关上时，压力开关产生的用于输出的机械幅度比较小，检测装置检测不到，这就形成了死区。

那么压力开关的“死区”可以修改吗？“死区”范围可以修改，但是修改要谨慎，否则调节阀有可能不动作，也有可能乱动。当死区过小时，调节器会不断调节，导致系统振荡。所以压力开关不允许在现场进行修改，如果需要调整“死区”范围，只能重新订货和购买。3

液位开关的“死区”1、液位开关的工作原理

液位开关，也称水位开关，液位传感器，顾名思义，就是用来控制液位的开关。压差式液位开关，一般在测量容器上安装平衡容器，利用液体静力学原理使水位转换成差压，经过测量管路将差压传至差压计，反映出容器的水位，再通过差压变送器将水位转换为随水位连续变化的电信号，作为自动给水控制系统中的重要参数。

现常用的是单室平衡容器测量水位的压差计，压差计的正压头由平衡容器的恒定水柱维持不变（受压容器内的蒸汽注入平衡容器中凝结成水，利用溢流原理将多余的水流回受压容器），负压头则随容器水位变化而变化。差压计的差压值，随着容器水位的变化而变化。压差式液位计受压差计的膜片、平衡容器的影响容易产生“死区”。

2、意义

“死区”对工艺系统的运行有着举足轻重的作用，合理的“死区”可以准确控制系统的正常运行，不合理的“死区”严重时会造成系统的瘫痪。为了有效控制仪表的“死区”，需要仪控专业和暖通、动力专业共同配合。暖通、动力专业提出对仪表的“死区”的要求，仪控专业及时核查仪表能否实现功能要求，对于不可调死区的仪表，设计人员应在设计阶段就将“死区”范围考虑进去，对于可调“死区”的仪表，设计人员可以对其进行限制，在仪表出厂时就确定“死区”。那么就能避免运行时再出现此类问题。2

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学