Λύσεις στις 12 ερωτήσεις του κεφαλαίου (εξαιρείται η άσκηση σχεδίασης κυκλωμάτων): ταχύμετρα, στροφόμετρο, διμεταλλικά/ηλεκτρομαγνητικά όργανα, αισθητήρια, δείκτες θερμοκρασίας/καυσίμου/πίεσης λαδιού/υγρών φρένων, αμπερόμετρο, βολτόμετρο, ακουστική προειδοποίηση.
Ερώτηση: Ποια είναι η βασική αρχή λειτουργίας του οργάνου διμεταλλικού τύπου;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα διμεταλλικά όργανα καταγράφουν την ένδειξή τους με την κίνηση μιας βελόνας μπροστά σε βαθμονομημένο δίσκο. Η βελόνα στηρίζεται στο ελεύθερο άκρο ενός διμεταλλικού ελάσματος, γύρω από το οποίο υπάρχει τυλιγμένο ένα πηνίο θέρμανσης. Όταν το πηνίο θέρμανσης διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα (το οποίο προέρχεται από το αντίστοιχο αισθητήριο του οργάνου), θερμαίνεται και θερμαίνει με τη σειρά του το διμεταλλικό έλασμα. Το διμεταλλικό αποτελείται από δύο διαφορετικά μέταλλα κολλημένα μεταξύ τους, με διαφορετικό συντελεστή θερμικής διαστολής το καθένα· έτσι, καθώς θερμαίνεται, λυγίζει (κάμπτεται) προς τη μία κατεύθυνση, παρασύροντας τη βελόνα μπροστά στην κλίμακα του δίσκου. Το πόσο θα λυγίσει το έλασμα (άρα και πόσο θα μετακινηθεί η βελόνα) εξαρτάται άμεσα από τη θερμότητα που παράγει το πηνίο, η οποία με τη σειρά της είναι ανάλογη της έντασης του ρεύματος που το διαρρέει — και η ένταση αυτή καθορίζεται τελικά από την αντίσταση του αισθητηρίου που χρησιμοποιεί το συγκεκριμένο όργανο.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιος τύπος ηλεκτρομαγνητικών οργάνων απαιτεί, για τη λειτουργία του, σταθεροποιητή τάσης;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα όργανα στρεπτού πηνίου και τα όργανα δύο πηνίων απαιτούν τη χρήση σταθεροποιητή τάσης, σε αντίθεση με τα όργανα τριών πηνίων. Αυτό συμβαίνει γιατί, στα όργανα ενός ή δύο πηνίων, η απόκλιση της βελόνας εξαρτάται άμεσα από την απόλυτη τιμή του ρεύματος που διαρρέει το κύκλωμα, το οποίο με τη σειρά του εξαρτάται τόσο από την αντίσταση του αισθητηρίου όσο και από την τάση τροφοδοσίας· έτσι, μια τυχαία διακύμανση της τάσης της μπαταρίας (π.χ. λόγω μεταβολών στροφών του κινητήρα ή φορτίου) θα προκαλούσε λανθασμένη ένδειξη, ακόμη κι αν η πραγματική τιμή του μετρούμενου μεγέθους (θερμοκρασία, πίεση, στάθμη) δεν έχει αλλάξει. Ο σταθεροποιητής τάσης παρεμβάλλεται στο κύκλωμα ακριβώς για να εξουδετερώσει αυτό το σφάλμα, διατηρώντας σταθερή την τάση τροφοδοσίας των οργάνων.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποια είναι η βασική αρχή λειτουργίας του ηλεκτρομαγνητικού οργάνου;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η βασική αρχή λειτουργίας των ηλεκτρομαγνητικών οργάνων στηρίζεται στην αλληλεπίδραση μαγνητικών πεδίων: ένα ή περισσότερα πηνία, όταν διαρρέονται από ηλεκτρικό ρεύμα, δημιουργούν μαγνητικά πεδία τα οποία επιδρούν είτε σε έναν μόνιμο μαγνήτη είτε σε έναν κινητό μεταλλικό οπλισμό (πυρήνα), πάνω στον οποίο είναι προσαρμοσμένη η βελόνα του οργάνου. Στην απλούστερη μορφή (όργανο στρεπτού πηνίου), ο οπλισμός γίνεται ηλεκτρομαγνήτης όταν διαρρέεται από ρεύμα και αποκλίνει από τη θέση ηρεμίας του υπό την επίδραση ενός μόνιμου μαγνήτη — όσο μεγαλύτερη είναι η ένταση του ρεύματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόκλιση της βελόνας. Σε πιο σύνθετες μορφές (όργανα δύο ή τριών πηνίων), η τελική θέση της βελόνας καθορίζεται από τη σχετική ισχύ (και άρα την αναλογία των ρευμάτων) δύο ή περισσότερων μαγνητικών πεδίων που αντιμάχονται μεταξύ τους, με το ρεύμα κάθε πηνίου να ελέγχεται από την αντίσταση του αντίστοιχου αισθητηρίου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιους σκοπούς εξυπηρετεί ο σταθεροποιητής τάσης;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο σταθεροποιητής τάσης εξυπηρετεί το σκοπό της αποτροπής σφαλμάτων στις ενδείξεις των οργάνων του ταμπλό, ειδικά των διμεταλλικού τύπου και των στρεπτού/δύο πηνίων οργάνων, τα οποία επηρεάζονται άμεσα από τις διακυμάνσεις της τάσης τροφοδοσίας (π.χ. ανάλογα με τις στροφές του κινητήρα ή το φορτίο του ηλεκτρικού συστήματος). Χωρίς σταθεροποιητή, μια αύξηση ή μείωση της τάσης θα εμφανιζόταν στην ένδειξη του οργάνου σαν να είχε αλλάξει το ίδιο το μετρούμενο μέγεθος (θερμοκρασία, πίεση, στάθμη καυσίμου), ενώ στην πραγματικότητα δεν έχει μεταβληθεί. Ο ρυθμιστής τάσης, διατηρώντας την τάση τροφοδοσίας των οργάνων σταθερή (μέσω κυκλικού ανοιγοκλεισίματος μιας επαφής με τη βοήθεια διμεταλλικού ελάσματος), εξασφαλίζει ότι η ένδειξη κάθε οργάνου αντιστοιχεί πράγματι στο πραγματικό μέγεθος που μετρά και όχι σε τυχαίες μεταβολές της τάσης της μπαταρίας.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Για ποιους λόγους καθυστερεί η αντίδραση της βελόνας του διμεταλλικού οργάνου στις μεταβολές του ρεύματος στο κύκλωμα;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η βελόνα στα διμεταλλικά όργανα καθυστερεί να αντιδράσει, γιατί η κίνησή της δεν οφείλεται σε άμεση ηλεκτρομαγνητική δύναμη αλλά σε μια θερμική διαδικασία: το πηνίο θέρμανσης χρειάζεται κάποιο χρόνο για να θερμανθεί (και να θερμάνει το διμεταλλικό έλασμα) όταν αυξηθεί το ρεύμα, και αντίστοιχα χρειάζεται χρόνο να κρυώσει (και να επιτρέψει στο έλασμα να επανέλθει) όταν μειωθεί το ρεύμα. Αυτή η θερμική αδράνεια κάνει την κίνηση της βελόνας αργή και μη άμεσα αντιστρεπτή σε απότομες, στιγμιαίες μεταβολές του ρεύματος. Το χαρακτηριστικό αυτό δεν είναι τυχαίο ελάττωμα αλλά επιθυμητό: προστατεύει τα όργανα από ένα συνεχές «τρεμούλιασμα» της βελόνας σε κάθε μικρή διακύμανση και δεν κουράζει την όραση του οδηγού. Αντίστοιχα, επειδή τα όργανα αυτού του τύπου βασίζονται στη θερμότητα, επηρεάζονται και από τις μεταβολές της εξωτερικής θερμοκρασίας περιβάλλοντος, γι' αυτό οι σχετικές αποκλίσεις πρέπει να εξισορροπούνται κυρίως μέσω του κατάλληλου σχεδιασμού/σχήματος του ίδιου του διμεταλλικού ελάσματος.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Να εξηγήσετε τη λειτουργία του δείκτη ποσότητας βενζίνης (καυσίμου) με δύο πηνία.
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο δείκτης ποσότητας καυσίμου δύο πηνίων αποτελείται από δύο σταθερά πηνία, διατεταγμένα σε γωνία 90° μεταξύ τους, ανάμεσα στα οποία μπορεί να κινηθεί ένας οπλισμός από μαλακό σίδηρο, πάνω στον οποίο είναι προσαρμοσμένη η βελόνα του οργάνου. Η τελική θέση του κινητού οπλισμού (άρα και της βελόνας) εξαρτάται από τη σχέση των μαγνητικών πεδίων που δημιουργούν τα δύο πηνία, δηλαδή από τη σχέση των ρευμάτων που τα διαρρέουν. Τα ρεύματα αυτά ελέγχονται από μια μεταβλητή αντίσταση, ο δρομέας της οποίας κινείται μαζί με τον πλωτήρα του ρεζερβουάρ. Όταν το ρεζερβουάρ είναι άδειο, ο πλωτήρας βρίσκεται στην κατώτερη θέση του και δεν παρεμβάλλεται καθόλου αντίσταση στο κύκλωμα, οπότε ρεύμα περνά μόνο από το ένα πηνίο, το οποίο έλκει τον οπλισμό προς την ένδειξη «EMPTY». Καθώς προστίθεται καύσιμο, ο πλωτήρας ανεβαίνει, μετακινείται ο δρομέας της μεταβλητής αντίστασης και παρεμβάλλεται τμήμα της στο κύκλωμα, με αποτέλεσμα ρεύμα να περνά πλέον και από το δεύτερο πηνίο· κάτω από την επίδραση και των δύο μαγνητικών πεδίων, ο οπλισμός παίρνει μια ενδιάμεση θέση, ανάλογη με την ακριβή ποσότητα καυσίμου στο ρεζερβουάρ.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Να εξηγηθεί η λειτουργία του δείκτη υγρών φρένων.
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η προειδοποιητική λυχνία των υγρών φρένων στηρίζεται στη λειτουργία μιας σύνθετης βαλβίδας, που αποτελείται από μια διαφορική βαλβίδα και έναν διαφορικό διακόπτη. Τα υγρά φρένων, όταν τους ασκηθεί πίεση μέσω του ποδόπληκτρου, κατευθύνονται από τον κεντρικό κύλινδρο προς τους κυλίνδρους των τροχών, περνώντας μέσα από τη σύνθετη βαλβίδα: στο χώρο (Ι) της βαλβίδας εισέρχεται το υγρό φρένων για τον μπροστινό άξονα και στο χώρο (ΙΙ) το υγρό για τον πίσω άξονα. Η πίεση των δύο ρευμάτων υγρού εφαρμόζεται σε ένα κοινό έμβολο μέσα στη βαλβίδα. Όσο οι πιέσεις των δύο κυκλωμάτων είναι ίσες (Ρ1=Ρ2), το έμβολο ισορροπεί στο κέντρο, η ακίδα του διακόπτη βρίσκεται μέσα στην κοιλότητα του εμβόλου και δεν δίνει γείωση στο κύκλωμα, οπότε η λυχνία παραμένει σβηστή. Αν όμως προκύψει βλάβη σε ένα από τα δύο κυκλώματα πέδησης (π.χ. διαρροή υγρού) και δημιουργηθεί διαφορά πίεσης (π.χ. Ρ1>Ρ2), το έμβολο μετατοπίζεται προς την πλευρά της μικρότερης πίεσης, η ακίδα του διακόπτη σπρώχνεται προς τα έξω, δίνει πλέον γείωση στο κύκλωμα και η λυχνία φρένων στο ταμπλό ανάβει, προειδοποιώντας τον οδηγό για ενδεχόμενη βλάβη στο σύστημα πέδησης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Να εξηγηθεί η λειτουργία του δείκτη πίεσης λαδιού με διμεταλλικό όργανο.
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Στο δείκτη πίεσης λαδιού διμεταλλικού τύπου με διμεταλλικό αισθητήριο, όταν η πίεση του λαδιού είναι μηδέν και ο διακόπτης ανάφλεξης βρίσκεται στη θέση ΟΝ, οι επαφές του αισθητηρίου είναι ανοικτές και κανένα ρεύμα δεν διαρρέει το κύκλωμα. Μόλις αυξηθεί έστω και λίγο η πίεση του λαδιού, οι επαφές κλείνουν και ρεύμα αρχίζει να διαρρέει το κύκλωμα μέσα από τα πηνία θέρμανσης τόσο του οργάνου ένδειξης όσο και του ίδιου του αισθητηρίου. Επειδή όμως η πίεση με την οποία κλείνουν οι επαφές του αισθητηρίου είναι μικρή, οι επαφές ξανανοίγουν σχετικά γρήγορα, καθώς το διμεταλλικό έλασμα του αισθητηρίου κάμπτεται λόγω της θερμότητας που παράγει το ίδιο το ρεύμα που το διαρρέει· έτσι, σε χαμηλή πίεση, η θερμοκρασία (και η κάμψη) του διμεταλλικού μέσα στο όργανο ένδειξης δεν προλαβαίνει να ανέβει πολύ, με αποτέλεσμα μικρή απόκλιση του δείκτη. Όταν η πίεση είναι υψηλή, το διάφραγμα του αισθητηρίου πιέζει πιο δυνατά το βραχίονα, οι επαφές παραμένουν κλειστές για πολύ περισσότερο χρόνο, το ρεύμα διαρρέει τα πηνία θέρμανσης για μεγαλύτερο διάστημα, το διμεταλλικό του οργάνου κάμπτεται πολύ περισσότερο και η απόκλιση του δείκτη είναι μεγάλη. Η ροή του ρεύματος σταματά μόνο όταν κάμφθεί αρκετά και το διμεταλλικό του ίδιου του αισθητηρίου και ανοίξουν οι επαφές του, πετυχαίνοντας έτσι μια αυτορρυθμιζόμενη ισορροπία ανάμεσα στην κάμψη του αισθητηρίου και του οργάνου ένδειξης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Με ποιον τρόπο λειτουργεί το ταχύμετρο μηχανικού τύπου;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Το ταχύμετρο μηχανικού τύπου διαθέτει έναν περιστρεφόμενο μόνιμο μαγνήτη, ο οποίος κινείται μέσω ενός καλωδίου-ντίζας που παίρνει κίνηση, μέσω γραναζιού, είτε από τον άξονα εξόδου του κιβωτίου ταχυτήτων είτε από τον μπροστινό κινητήριο τροχό (συνήθως τον αριστερό). Γύρω από τον περιστρεφόμενο μαγνήτη υπάρχει μια ακίνητη πλάκα διαμόρφωσης του μαγνητικού πεδίου, ενώ ανάμεσα στο μαγνήτη και την πλάκα βρίσκεται ένας κινητός δίσκος από μη μαγνητικό υλικό, στον οποίο είναι στερεωμένος ο άξονας της βελόνας. Καθώς ο μαγνήτης περιστρέφεται (ανάλογα με την ταχύτητα του αυτοκινήτου), δημιουργεί ένα στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, το οποίο επάγει δινορρεύματα μέσα στον κινητό δίσκο· τα δινορρεύματα αυτά, σε συνδυασμό με το μαγνητικό πεδίο, δημιουργούν πάνω στο δίσκο δυνάμεις Laplace, οι οποίες ασκούν σε αυτόν μια δρώσα ροπή, με φορά περιστροφής ίδια με του μαγνήτη. Στην περιστροφή του δίσκου αντιτίθεται ένα επαναφορικό ελατήριο, που αναπτύσσει αντιδρώσα ροπή. Ο δίσκος (και επομένως η βελόνα) ακινητοποιείται στη θέση όπου η δρώσα ροπή εξισώνεται με την αντιδρώσα ροπή του ελατηρίου· επειδή η δρώσα ροπή είναι ανάλογη της ταχύτητας περιστροφής του μαγνητικού πεδίου (άρα της ταχύτητας του αυτοκινήτου), η τελική θέση της βελόνας δείχνει κάθε στιγμή την τρέχουσα ταχύτητα. Το ίδιο ελατήριο επαναφέρει τη βελόνα στο μηδέν όταν το αυτοκίνητο ακινητοποιείται.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Να περιγράψετε τον τρόπο λειτουργίας του ηλεκτρονικού στροφόμετρου.
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Στο ηλεκτρονικό στροφόμετρο, πάνω στον περιστρεφόμενο (από τον κινητήρα) άξονα προσαρμόζεται ένας ορειχάλκινος δίσκος, στην περιφέρεια του οποίου είναι τοποθετημένοι μικροί μόνιμοι μαγνήτες. Κοντά στον περιστρεφόμενο δίσκο τοποθετείται ένα σταθερό πηνίο συλλογής· κάθε φορά που, κατά την περιστροφή, ένας από τους μαγνήτες περνάει μπροστά από το πηνίο, επάγεται σε αυτό μια στιγμιαία τάση (παλμός). Επειδή ο αριθμός των μαγνητών στο δίσκο είναι σταθερός, η συχνότητα των παλμών αυτών είναι ανάλογη με την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα. Οι παλμοί τάσης, αρχικά ασθενείς, ενισχύονται από ένα κύκλωμα με τρανζίστορ και μετατρέπονται σε τάση συνεχούς ρεύματος (Σ.Ρ.), της οποίας η τιμή είναι ανάλογη με τον αριθμό παλμών ανά δευτερόλεπτο που δέχεται το πηνίο συλλογής. Η τάση αυτή εφαρμόζεται τελικά σε ένα όργανο ένδειξης, βαθμονομημένο σε στροφές ανά λεπτό (RPM), το οποίο δείχνει έτσι την τρέχουσα ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Γιατί τα όργανα τριών πηνίων δεν χρειάζονται σταθεροποιητή τάσης;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα όργανα τριών πηνίων δεν χρειάζονται σταθεροποιητή τάσης, γιατί το ρεύμα του κυκλώματος διαρρέει και τα τρία πηνία (το πηνίο χαμηλών ενδείξεων, το πηνίο αντιστροφής και το πηνίο υψηλών ενδείξεων) ταυτόχρονα, με τρόπο τέτοιο ώστε οι μεταβολές της τάσης τροφοδοσίας να επηρεάζουν αναλογικά όλα τα πηνία μαζί. Αφού η τελική θέση της βελόνας εξαρτάται από τη σχετική ισχύ (τον λόγο) των μαγνητικών πεδίων των τριών πηνίων μεταξύ τους, και όχι από την απόλυτη τιμή του ρεύματος ενός μόνο πηνίου, μια αύξηση ή μείωση της τάσης της μπαταρίας αυξάνει ή μειώνει εξίσου το ρεύμα και στα τρία πηνία, χωρίς να αλλάζει τον μεταξύ τους λόγο. Έτσι, η θέση ισορροπίας του κινητού οπλισμού (και της βελόνας) παραμένει ίδια για δεδομένη τιμή αντίστασης του αισθητηρίου, ανεξάρτητα από τις διακυμάνσεις της τάσης τροφοδοσίας, γι' αυτό δεν χρειάζεται ξεχωριστός σταθεροποιητής τάσης όπως στα όργανα ενός ή δύο πηνίων.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Να ονομάσετε τρεις εφαρμογές των συστημάτων ακουστικής προειδοποίησης.
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Τρεις χαρακτηριστικές εφαρμογές των συστημάτων ακουστικής προειδοποίησης σε ένα αυτοκίνητο είναι: η προειδοποίηση για ζώνες ασφαλείας που δεν έχουν δεθεί (ο βομβητής ηχεί και ανάβει ενδεικτική λυχνία για 5-8 δευτερόλεπτα, όταν ο διακόπτης ανάφλεξης είναι στη θέση ΟΝ και η ζώνη δεν έχει δεθεί)· η προειδοποίηση για ξεχασμένα αναμμένα φώτα (ο βομβητής ηχεί όταν ο οδηγός ανοίξει την πόρτα ενώ τα φώτα είναι ακόμη αναμμένα)· και η προειδοποίηση για ξεχασμένα κλειδιά στο διακόπτη ανάφλεξης (ο βομβητής ηχεί όταν ανοίξει η πόρτα του οδηγού με το κλειδί τοποθετημένο στο διακόπτη). Μια τέταρτη συνηθισμένη εφαρμογή, που αναφέρεται επίσης στο βιβλίο, είναι η προειδοποίηση για αντικανονική (χαμηλή) πίεση λαδιού.
Κριτήρια αξιολόγησης: