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계기
계기(計器)는 운행에 필요한 여러 가지 정보와 시스템의 작동 상태를 주행 중 운전자가 알 수 있도록 지시 및 경고해 주는 일종의 종합 상황장치이다. 계기장치라고도 한다.
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목차
개요[편집]
계기장치를 기능적 요소로 구분하면 시스템의 이상 유무와 안전 상태를 알려주는 경고장치, 주행에 필요한 정보를 제공해 주는 지시장치로 구분할 수 있다. 경고장치에는 주요 장치의 이상 유무를 알려주는 경고등과 그 구성장치, 안전 운행에 필요한 정보를 알려주는 안전 운행 경고 표시등이 있다. 이들 경고장치들은 파일럿램프에 의한 시인성 인식, 차임벨이나 음성경고 등 청인성 기능을 적용해 주행 중 갑작스러운 변화에 대한 운전자의 빠른 인식을 돕는다. 주행에 필요한 정보를 지시하는 지시장치에는 일반적으로 차량의 속도를 지시하는 속도계, 엔진 회전수를 지시하는 타코미터(tachometer), 엔진 냉각수 온도를 나타내는 수온계, 연료 잔량을 나타내는 연료계, 엔진 오일 압력을 나타내는 오일 압력 게이지, 배터리 전압을 지시하는 전압계, 배터리의 충, 방전 전류를 나타내는 전류계, 특정 장치의 온도를 나타내는 온도계, 특정 장치의 회전수나 회전력을 나타내는 회전계, 토크계, 차량의 주행 방위를 나타내는 방위계 등이 있다. 지시장치에 사용되는 미터의 종류에는 미터의 지침 구동 방식에 따라 바이메탈식 미터와 전자식 미터, 전자제어식 미터가 있다. 바이메탈식 미터는 이종 간 금속의 열팽창 계수를 이용한 구동 원리를 가지고 있어 구조가 간단해 제조 부문에서 장점이 있다. 그러나 바이메탈식 미터는 지침의 지시각이 작고 소모 전류량이 커 적용이 제한적이기 때문에 차량용 계기장치는 전자식 미터와 전자제어식 미터가 주종을 이루고 있다.[1]
종류[편집]
경고장치[편집]
경고장치에는 주요 장치의 이상 여부를 알려주는 경고 표시등과 구성되는 장치와 안전운행에 필요한 정보를 알려주는 안전운행 경고 표시등이 있다. 이 경고장치는 램프 점등, 경고음 또는 음성인식 등에 의한 기능을 적용하여 운전자가 빠르게 인지할 수 있도록 도와주고 있다.
경고등[편집]
- 엔진오일압력 경고등 : 엔진오일이 부족하거나 오일 순환 이상에 따라 압력이 높아져 오일압력센서 이상이 발생한 경우 점등된다. 차량은 오일이 부족한 상태로 장시간 운행하게 되면 엔진이 과열로 인해 베어링 등이 열에 의해 붙는 소착 현상 등의 문제를 야기함으로 엔진오일에 대한 보충이 꼭 필요하다. 일반적으로 차량은 오일게이지의 Low선 아래로 내려가면 점등된다.
- 엔진자기진단 경고등 : 차량 엔진이 스스로 진단하여 표시등을 점등시킨다. 정상은 최초 시동 시, 경고등을 점등 후 5초 후 소등되나 고장이 발생했을 시 15초간 점등되었다가 3초간 소등된 후 고장 코드가 다시 순차적으로 점등되어 엔진의 고장을 알린다.
- 배터리 충전 경고등 : 일반적으로 엔진 시동 시 점등되었다가 소등되는 것이 정상이나, 시동 상태에서 점등이 된 경우에는 배터리 방전/발전기의 상태 불량/발전기 벨트의 느슨함 등을 의심해 볼 수 있다.
- 브레이크 경고등 : 브레이크 경고등은 주차 브레이크가 당겨져 있거나 브레이크 오일 부족 또는 디스크와 패드의 마모가 과다한 경우 점등된다.
- 연료잔량 경고등 : 연료탱크 내의 연료랑이 규정 이하가 되었을 때 점등되는 경고등이다. 연료보충을 알려주는 역할을 하며 연료잔량 경고등은 차량에 따라 다르다. 보통 경차는 5ℓ, 소형차는 6~9ℓ, 중형차는 9ℓ, 대형차는 12ℓ 이하에서 경고등이 점등되며 통상 50km 주행이 가능하다.
- 도어열림 경고등 : 자동차의 모든 도어에는 센서가 부착되어 있어 각 도어의 닫힘 상태가 완전하지 않거나 불량할 경우 점등되어 운전자에게 이를 경고하게 된다.
- 에어백 경고등 : 교통사고 시 안전벨트와 더불어 인체 손상을 방지해주는 에어백에 관한 경고등이다. 충돌 사고 시 안전을 보장받을 수 있는 것 중 하나이기 때문에 꼭 이 경고등이 점등되면 즉시 점검을 받아야 한다.
- 트렁크 열림 경고등 : 트렁크가 완전하게 닫히지 않거나 회로에 이상이 있는 경우 경고등이 점등된다.
- 차체 자세 제어장치 경고등 : 차량 스스로 미끄럼을 감지해 브레이크의 압력과 엔진 출력을 제어하는 장치로, 이는 운전자가 별도로 제어하지 않아도 미끄러짐으로부터 보호하는 기능을 가지고 있다.
- 안전벨트 경고등 : 오토바이를 제외한 모든 차량에 있는 경고등. 운전석 안전벨트를 착용하지 않은 상태에서 시동키를 ON 위치로 놓으면 점멸 형태로 표시되며 시동을 켜놓은 상태에서도 안전벨트를 풀어놓는 경우에도 표시된다. 일부 차량은 안전벨트를 착용하지 않은 상태에서는 점멸형태가 아니라 점등 형태로 항상 표시된다.
- ABS 경고등 : ABS 장착 차량 한정해서 ABS 장치에 문제가 있는 경우에 표시된다.
- 워셔액 부족 경고등 : 워셔 탱크에 워셔액이 부족하게 되면 켜진다. 이 경고등이 켜지면 즉시 워셔액을 보충해야 한다
- 타이어 공기압 경고등 : 타이어 공기압 경보장치이다. 타이어 공기압이 적정 수치보다 낮을 경우 표시된다.
- 연료 필터 수분 경고등 : 디젤 차량 한정으로 연료 필터 내에 물이 규정량 이상으로 쌓이면 시동 상태에서 켜진다. 차량의 성능이 저하될 수 있으니 정비를 받아야 한다.
표시등[편집]
- 전조등 상향 표시등 : 전조등이 상향등으로 켜져 있는 경우에 표시되는 경고등이다.
- 방향 지시 표시등 : 방향지시등을 작동시킬 때 표시된다.
- 상향등 표시등 : 상향등을 작동시킬 때 표시된다.
- 안개등 표시등 : 안개등을 작동시키면 표시된다. 일부 차량의 안개등 작동표시등은 계기판이 아니라 스위치에 있다.
- 크루즈컨트롤 표시등 : 크루즈컨트롤 시스템의 속도가 설정된 경우 표시되는 경고등이다.
- 미등 표시등 : 미등 또는 전조등이 켜져 있는지 확인할 수 있다.
- 에코 표시등 : 에코 모드가 작동 중일 때 점등된다.
- 예열 표시등 : 디젤 차량 한정으로 표시되는 경고등이다. 시동키를 켜짐에 있는 상태에서 시동을 켜기 전에 표시된다. 엔진의 시동을 걸려면 해당 표시등이 꺼져야 한다.[2][3][4][5][6]
지시장치[편집]
속도계[편집]
속도계는 자동차와 같은 수송수단의 속력을 측정해서 보여주는 계기이다. 속도는 단위 시간 내에 이동한 위치 벡터의 변위로서 물체의 빠르기를 나타내는 벡터량으로 속도는 선속도와 각속도로 분류한다. 속도 계측 장비는 크게 접촉식 속도 계측 장치와 비접촉식 속도 계측 장치로 분류된다.[7]
접촉식[편집]
접촉식은 운동 물체와 직접 연결되어 속도를 계측하는 방식이다. 속도 센서가 달린 롤러가 운동 물체와 접촉할 때 마찰력의 작용으로 회전이 발생하게 되며 그때 속도 센서는 시리즈의 펄스를 발송한다. 접수된 펄스는 일정한 변위를 나타내며 이로써 속도를 측정한다. 접촉식 속도 센서의 구조는 아주 간단하며 사용에 편리하다. 단, 운동 물체와 롤러의 지속적인 접촉으로 마모가 발생함으로 이에 따른 롤러의 둘레 길이에 변화가 발생한다. 속도 센서가 발송하는 펄스 수량은 일정하기에 측정의 정밀성에 영향이 발생하며 이를 보완하려면 속도계의 보상 회로에서 보상 작업을 해야 한다. 이외 접촉식에는 슬립(slip) 현상을 파면하기 어려우며 역시 계측의 정밀도에 영향을 미친다.[8]
비접촉식[편집]
비접촉식으로 속도를 측정하는 방식으로는 발전식, 전자식, 광전식, 홀 효과식, 자기 저항식 등 여러 가지 방식이 있다.
- 발전식 : 영구자석을 회전 시켜 속도에 비례한 전압 출력을 검출 코일에 검출하는 방식과 영구자석을 고정하고 코일을 회전 시켜 전압 출력을 얻는 두 가지 방식이 있다.
- 전자식 : 영구자석이 고정되어있는 구동축이 회전하면서 구동축에서 유동하는 비자성체 로터(주로 알루미늄)에 와전류가 유도되고 와전류와 영구자석 자속 간의 상호 작용에 의해, 로터에는 영구자석의 회전 방향과 같은 회전력이 작용하게 된다. 로터에 지지되어 있는 지침은 로터에 작용하는 회전력과 헤어 스프링(Hair spring)의 장력이 평형을 이루는 위치까지 회전하며 지침의 회전각이 자석의 회전속도를 나타낸다.[9]
- 광전식 : 슬릿(slit) 원판을 회전축에 설치한 후 광원(발광 다이오드)과 광전 소자(photodiode)를 장착하여 광원으로부터 발사되어 슬릿 원판을 지나는 빛의 명암을 검출하는 방식으로 속도를 계측한다.
- 홀 효과식 : 자석을 부착한 원판이 회전하면서 자석이 홀 센서를 지나갈 때 자기장 변화에 따른 홀 센서의 펄스를 검출하여 속도를 측정한다.
- 자기 저항식 : 회전체에 고정한 영구자석에 의하여 자기저항 소자에 단속적으로 자계가 가해지는 구조를 사용하여 자기저항 소자의 저항 변화의 횟수를 계측함으로써 영구자석이 자기저항 소자 근처를 통과한 횟수, 즉 회전수를 검출할 수가 있다. 회전체에 고정시키는 영구자석의 수를 증가시키면 보다 미세하게 회전수를 검출할 수 있다.
연료계[편집]
연료계는 연료의 양을 알려주는 매우 중요한 정보를 제공한다. 연료 탱크 내부를 채우고 있는 연료의 양을 알려주는 것은 간단한 전기회로와 기계적인 기구에 의해서 수행되고 있다. 연료 액면은 자동차의 움직임에 의해서 요동하기 때문에 센서에는 어느 정도의 시간 지연을 갖게 하여 일정한 시간의 평균치를 표시하도록 하고 있다. 연료계를 구성하고 있는 부품들로는 뜨개(Float), 저항기(Resistor), 가열체(Heating coil), 바이메탈(Bi-metal strip) 등이 있다. 연료계의 종류에는 여러 가지가 있지만, 일반적으로 전기식을 사용한다. 전기식 연료계에는 밸런싱 코일식, 서모스탯 바이메탈식, 바이메탈 저항식, 연료면 표시기식 연료계 등이 있다.
밸런싱 코일식 연료계[편집]
밸런싱 코일식 연료계는 유닛부는 일종의 가변 저항기이며, 이동 암의 움직임에 따라 저항이 변하게 되어 있다. 연료가 적을 때에는 유닛부의 다이어프램의 변형이 작기 때문에 저항 유닛의 이동 암이 오른쪽에 있어 저항이 크므로 코일에 적은 전류가 흐른다. 이에 따라 가동 철편에는 거의 코일만의 흡입력이 작동하여 바늘을 E 쪽에 머물도록 한다. 반대로 연료의 양이 많을 때는 다이어프램의 변형이 크게 되며, 이에 따라 이동 암이 왼쪽으로 움직여 저항이 작아진다. 따라서 코일의 흡인력이 커져 바늘을 F 쪽으로 머물게 한다. 밸런싱 코일식 연료계는 아날로그적 방식으로 2021년 기준 출시되고 있는 차들은 대부분 서모스탯 바이메탈식, 바이메탈 저항식 연료계를 사용한다.
서모스탯 바이메탈식 연료계[편집]
서모스탯 바이메탈식 연료계는 계기부와 탱크 유닛부로 구성되어 있으며, 탱크 유닛부에는 상하로 이동하는 뜨개가 설치되어 있다. 연료 보유량이 적을 때는 뜨개가 연료 바닥까지 내려가고 이에 따라 접점이 가볍게 접촉되어 매우 짧은 시간의 전류로 바이메탈이 구부러져 접점이 열린다. 따라서 계기부의 바이메탈은 거의 구부러지지 않아 바늘은 E를 지시한다. 또 뜨개가 맨 밑바닥까지 내려간 상태에서는 접점이 조금 열린다. 연료 보유량이 많을 때는 뜨개가 상승해서 접점이 강력하게 밀어 올려진다. 따라서 바이메탈이 구부러져 접점이 열릴 때까지 오랫동안 전류가 흘러 바이메탈도 유닛부에 비례하여 구부러져 바늘을 F 쪽으로 이동시킨다.
바이메탈 저항식 연료계[편집]
바이메탈 저항식 연료계는 계기부에 바이메탈식을, 탱크 유닛부에는 저항식을 사용한다. 탱크 유닛에는 뜨개의 이동에 따라 저항값이 변화하는 가변 저항이 들어 있다. 작동은 탱크 내의 연료 보유량에 따라 뜨개가 상하 운동을 하여 저항값을 바꾸어 회로 전류를 조절한다. 또 계기부의 바늘은 회로 전류량에 의한 바이메탈의 휨에 의해 움직이게 되므로 탱크 내의 연료 보유량을 표시한다. 또한, 이 형식에서는 전원 전압이 바뀔 때 전류량의 변화에 따른 지시 오차를 방지하기 위한 전압 조정기가 설치되어 있다.
연료면 표시기식 연료계[편집]
연료면 표시기식 연료계는 연료 탱크 내의 연료 보유량이 일정 이하가 되면 램프를 점등하여 운전자에게 경고하는 경보기 형식이다. 작동은 연료가 조금 남아 접점 P₂가 닫히면 바이메탈 릴레이의 열선에 전류가 흐르며, 발열로 바이메탈이 구부러져 10∼30초 사이에 접점 P₁을 닫아 램프를 점등시킨다. 또 바이메탈 열선에 10∼30초간 전류가 흐르지 않으면 접점 P₁이 닫히지 않기 때문에 자동차의 진동으로 순간적으로 접점이 닫혀도 램프가 점등되지 않는다.[10]
전압계[편집]
전압계(電壓計)는 전기 회로상 두 점 사이의 전위 차이를 측정하기 위하여 사용하는 기구이다. 전위차를 나타내는 방식에 따라 아날로그 전압계와 디지털 전압계로 나뉜다. 아날로그 전압계는 바늘이 눈금을 가리키는 것으로, 디지털 전압계는 아날로그-디지털 변환 회로를 통해 전압을 계기판에 숫자 형태로 각각 표시한다. 전압계는 다양한 형태를 띠는데, 발전기나 그 외의 고정된 장치의 전압을 측정할 때에는 패널 내에 내장된 전압계가 사용된다. 일반적으로는 전류계와 저항 측정 장치가 포함된 멀티 미터라는 휴대용 장치를 사용하며 압력, 온도, 유량, 수위 등을 표현하기 위해서 변형된 형태의 전압계를 사용하기도 한다. 일반적으로 사용되는 아날로그 전압계는 1% 정도의 오차로 수십 분의 1 볼트(V)에서 수천 볼트(V)까지 측정할 수 있다. 반면에 디지털 전압계는 오차가 1% 미만으로 대단히 정밀하고 특수한 목적으로 제작된 전압계는 정밀도가 훨씬 뛰어나서, 백만분의 1 정도의 오차범위 안에서 값을 측정할 수도 있다. 증폭기를 사용하면 마이크로볼트 또는 그 이하의 전압도 측정할 수 있다는 것이 특징이다.[11]
타코미터[편집]
타코미터(Tachometer)는 기기에 있어서 축의 회전수(회전속도)를 지시하는 계량기, 측정기이며, 회전계의 일종이다. 회전계(回轉計) 또는 회전속도계(回轉速度計)라고도 한다. 타코미터와 속도계가 상호 교환이 가능하고 본질적으로 두 가지 속도를 측정할 수 있도록 그리스어 '타코스' 속도와 '매트론' 의미의 측정에서 나온 단어이다. 엔진, 전동기(모터), 발전기 등의 축 회전이 중요한 의미를 가지는 기기에 장비되어 조작자가 현재의 회전수를 파악하는 데도 이용할 수 있다. 또, 타코미터를 구비하지 않는 기기의 회전수를 측정하기 위한 범용측정기로서의 타코미터가 있다. 타코미터는 엔진을 효율적으로 운전하고, 출력을 극한까지 끌어내거나, 연료 소비를 억제하거나 하는 것에 중요한 정보인 엔진 회전수를 운전자에게 제공하기 위한 계량기이다. 계량기의 단위는 rpm(revolutions per minute :분당 회전) 또는 r/min이며, 기호는 앞자리에 "x100"이나 "x1000"과 자릿수, 뒷자리에 rpm 또는 r/min이라고 표기한다.[12] 전자 타코미터의 작동원리는 매우 간단하다. 점화시스템은 점화 플러그가 발화할 때마다 타코미터의 전기기계 부품의 출력에서 전압 펄스를 트리거한다. 전기기계부품은 일련의 펄스의 평균 전압에 반응하며 펄스트레인의 평균 전압은 엔진 속도에 비례한다는 것을 보여준다. 인식 헤드의 신호는 표준 트윈 스크린 케이블을 통해 표시기로 전송된다. 타코미터는 -20도~+70도의 주변 온도 범위에서 작동할 수 있도록 온도 보상이 된다. 고속으로 장시간 사용하면 윤활이 불충분하여 엔진에 영향을 줄 수 있으므로 차량의 타코미터를 통해 운전자는 주행 조건에 적합한 스로틀 및 기어 설정을 선택할 수 있다. 이를 통해 운전자는 엔진의 스프링 후진 밸브와 같은 하위부품의 속도 및 기능 초과 및 과열을 방지하여 불필요한 마모나 영구적인 손상 및 엔진 고장을 유발할 수 있다.
- 아날로그 타코미터 : 바늘과 다이얼 유형의 인터페이스로 구성되며 판독 값을 저장할 수 없고 평균 및 편차와 같은 세부 정보를 계산할 수 없다. 여기서 속도는 외부 주파수-전압 변환기를 사용하여 전압으로 변환된다. 이 전압은 아날로그 전압계로 표시된다.
- 접촉식 및 비접촉식 타코미터 : 접촉식은 회전 샤프트와 접촉하며 광학 센서 및 자기 센서를 사용한다. 비접촉식은 이동식 응용 분야에 이상적이며, 레이저 도는 광디스크를 사용한다. 이 두가지 유형 모두 데이터 수집 방법이다.
- 시간 및 주파수 측정 타코미터 : 두 가지 모두 측정 방법을 기반으로 한다. 시간 측정 장치는 들어오는 펄스 사이의 시간 간격을 측정하여 속도를 계산한다. 반면에 주파수 측정 장치는 들어오는 펄스의 주파수를 측정하여 속도를 계산한다. 시간 측정 타코미터는 저속측정에 이상적이며, 주파수 측정 타코미터는 고속측정에 이상적이다.[13]
각주[편집]
- ↑ solomoninc, 〈자동차의 계기장치〉, 《》, 2013-06-10
- ↑ 〈계기판〉, 《나무위키》
- ↑ 렌트립 ren Trip, 〈자동차 경고등 종류〉, 《네이버 블로그》, 2019-06-21
- ↑ 〈발견 즉시 정비소로, 전문가의 도움을 요하는 경고등〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈헷갈리는 자동차 경고등, 한눈에 보자!〉, 《킥스 엔진오일 블로그》, 2016-10-07
- ↑ 한국교통안전공단, 〈자동차의 종합상황실, 계기장치 1편_경고장치의 종류에는 무엇이 있을까요?〉, 《네이버 블로그》, 2017-02-07
- ↑ 〈속도계〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈接触式和非接触式速度传感器工作原理浅析〉, 《万贯五金机电网》, 2015-04-16
- ↑ 〈주행속도계〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ solomoninc, 〈자동차 상식 - 바이메탈식 연료계(Fuel Gauge)〉, 《네이버 블로그》, 2013-05-22
- ↑ 〈전압계〉, 《위키백과》
- ↑ 〈타코미터〉, 《위키백과》
- ↑ Top Class, 〈타코미터(Tachometer)란 무엇인가?〉, 《네이버 블로그》, 2020-05-07
참고자료[편집]
- solomoninc, 〈자동차의 계기장치〉, 《》, 2013-06-10
- 〈계기판〉, 《나무위키》
- 렌트립 ren Trip, 〈자동차 경고등 종류〉, 《네이버 블로그》, 2019-06-21
- 〈발견 즉시 정비소로, 전문가의 도움을 요하는 경고등〉, 《네이버 지식백과》
- 〈헷갈리는 자동차 경고등, 한눈에 보자!〉, 《킥스 엔진오일 블로그》, 2016-10-07
- 한국교통안전공단, 〈자동차의 종합상황실, 계기장치 1편_경고장치의 종류에는 무엇이 있을까요?〉, 《네이버 블로그》, 2017-02-07
- 〈속도계〉, 《네이버 지식백과》
- 〈接触式和非接触式速度传感器工作原理浅析〉, 《万贯五金机电网》, 2015-04-16
- 〈주행속도계〉, 《네이버 지식백과》
- solomoninc, 〈자동차 상식 - 바이메탈식 연료계(Fuel Gauge)〉, 《네이버 블로그》, 2013-05-22
- 〈전압계〉, 《위키백과》
- 〈타코미터〉, 《위키백과》
- Top Class, 〈타코미터(Tachometer)란 무엇인가?〉, 《네이버 블로그》, 2020-05-07
같이 보기[편집]
