Pomiary oscyloskopowe i analiza oscylogramów

praca w warsztacie © autoFACHMANN

Udostępnij:

Oscyloskopy są bardzo pomocne w wykrywaniu usterek w układach elektrycznych lub elektronicznych. Urządzenia te dają możliwość zobrazowania zależności elektrycznych w układach przełączających. Ich prawidłowa obsługa wymaga jednak sporo praktyki.

Oscyloskop to jeden z najlepiej funkcjonujących instrumentów pomiarowych używanych w warsztacie samochodowym do wykrywania usterek. Przedstawia on w formie graficznej szybko przebiegające i okresowo powtarzające się procesy elektryczne, np. zmiany napięcia zapłonu i sygnałów czujników. Pozwala to na szybką identyfikację wadliwych części, ponieważ w łatwy sposób można zauważyć nieprawidłowości przebiegów elektrycznych w kontrolowanych podzespołach czy elementach. Oscyloskopy wielokanałowe umożliwiają poza tym porównanie różnych, zależnych od siebie sygnałów. Oscyloskopy z możliwością zapisu pomiarów w pamięci dają także możliwość odtworzenia pomiarów w formie „stop-klatek”.

Pomiar napięcia

Wysoka impedancja (opór wewnętrzny urządzenia) to duża zaleta oscyloskopu. Uniemożliwia ona praktycznie uszkodzenie części pojazdu lub samego przyrządu pomiarowego przez pomiar nieprawidłowych wielkości elektrycznych. Tę pozytywną cechę można także wykorzystać do identyfikacji części elektronicznych na podstawie ich sygnału. Jeżeli na przykład brak jest schematu danej części, to połączenie można bez ryzyka stwierdzić, sprawdzając i rejestrując wielkość napięcia na niej.

Pomiar natężenia prądu

Prąd można mierzyć na dwa sposoby. W przypadku tradycyjnego pomiaru multimetrem przez przyrząd pomiarowy przepływa cały prąd. Stwarza to zagrożenie, że za duży przepływ prądu spali „amperomierz”. Także część elektroniczna, na której dokonuje się pomiaru, może zostać uszkodzona w podobnym stopniu, ponieważ każdy przyrząd do pomiaru prądu musi mieć bardzo niski opór. Natomiast w przypadku przekładnika cęgowego błędny pomiar nie szkodzi ani mierzonej części ani instrumentowi pomiarowemu. Wokół każdego przewodnika, przez który płynie prąd, tworzy się pole magnetyczne, które jest mierzone przez przekładnik cęgowy i zamieniane w komputerze na wartość liczbową. W przeciwieństwie do pomiaru prądu za pomocą podłączanego szeregowo amperomierza, w przypadku wyboru za niskiego zakresu pomiaru podczas pomiaru za pomocą przekładnika cęgowego najbardziej obciążona jest linia pomiarowa, natomiast sam przyrząd pomiarowy nie zostaje uszkodzony.

Praca nad właściwym pomiarem

Podstawą każdego pomiaru jest opis usterki przedstawiony przez klienta i oznaki usterki stwierdzone na pojeździe. Na ich podstawie można określić część, na której należy dokonać pomiaru. Dalej należy ustawić przyrząd pomiarowy, określić sposób postępowania podczas pomiaru i ocenić sygnał. Przed każdym pomiarem należy odpowiedzieć na następujące pytania:

  • Co chcę lub muszę zmierzyć?
  • Jak zidentyfikuję części?
  • Jakie będzie podstawowe ustawienie oscyloskopu?
  • Jak podłączę przewody pomiarowe lub jak będę szukał sygnału?
  • Jak powinien wyglądać prawidłowy obraz? Jakiego sygnału oczekuję?
  • Jak oceniam sygnał?
  • Co chcę zmierzyć?

Aby odpowiedzieć na pytanie, które sygnały muszą zostać zarejestrowane, aby odszukać usterkę, należy znać miejsce dostępu do mierzonej części w samochodzie. Chodzi o to, że często poszczególne części są trudno dostępne lub w ogóle niedostępne. W takich przypadkach trzeba odszukać na podstawie układu połączeń takie przewody w instalacji elektrycznej (wiązce), których pomiar pozwoli wychwycić sygnał z danego podzespołu. Poza tym trzeba wybrać odpowiednie końcówki, aby bezpiecznie podpiąć przewody pomiarowe w danym miejscu i wyeliminować możliwość zwarcia lub przebicia.

Jak zidentyfikuję części?

Ze względu na różnorodność układów w dzisiejszych pojazdach przyporządkowanie czujników i urządzeń wykonawczych nie jest łatwe. Mimo to istnieje kilka wskazówek odnośnie podziału części.

Cechy sond lambda:

  • miejsce zamontowania przed katalizatorem,
  • od jednego do czterech przewodów,
  • w tym jeden przewód sygnałowy,
  • przewód sygnałowy jest często czarny,
  • zakres pomiarowy: 1 V.

Cechy czujników:

  • cienkie przewody,
  • napięcie zasilające 5 V,
  • prosta konstrukcja,
  • obudowa z tworzywa sztucznego,
  • zakres pomiarowy: 5 V.

Cechy czujników indukcyjnych:

  • cienkie przewody,
  • prosta konstrukcja,
  • często obudowa z tworzywa sztucznego,
  • często osłonięte,
  • zakres pomiarowy: napięcie zmienne.

Cechy urządzeń wykonawczych:

  • grube przewody,
  • napięcie zasilające 12 V,
  • stabilna obudowa,
  • często metalowa obudowa,
  • zakres pomiarowy: 20 V.

Cechy zaworów elektromagnetycznych:

  • grube przewody,
  • napięcie zasilające 12 V,
  • stabilna obudowa,
  • metalowa obudowa,
  • wierzchołek napięcia (napięcie indukcyjne - pik, peak) przy wyłączaniu,
  • zakres pomiarowy: 50 V.

Jakie będzie podstawowe ustawienie oscyloskopu?

Przy ustawieniu podstawowym oscyloskopu wybieramy jeden z pięciu zakresów napięcia wejściowego:

  • Zakres 1: sondy lambda, napięcie stałe: 1 V,
  • Zakres 2: czujniki, napięcie stałe: 5 V,
  • Zakres 3: czujniki indukcyjne, napięcie zmienne,
  • Zakres 4: urządzenia wykonawcze, napięcie stałe: 20 V,
  • Zakres 5: zawory elektromagnetyczne, napięcie stałe: 50 V.

Ponieważ ustawienie czasu na osi x różni się w zależności od czujnika i zakresu prędkości obrotowej silnika, w ustawieniu podstawowym najlepiej ustawić jedną do dwóch sekund. Po aktywacji sygnału należy tak dopasować oś czasu, aby uzyskać obraz typowy dla danego elementu.


TOP w kategorii


#Narzędzia diagnostyczne

Diagnostyka oscyloskopy Pomiary oscyloskopowe



Poszukiwanie sygnału

Podczas szukania przewodów sygnałowych poszczególnych części znowu można wykorzystać wspomnianą już zaletę przyrządu do pomiaru napięcia, jaką jest wysoka oporność instrumentu pomiarowego. Umożliwia to bezpieczne odczytywanie wszystkich połączeń czujników i urządzeń wykonawczych, bez ryzyka uszkodzenia elektroniki w samochodzie lub przyrządu pomiarowego.

Jakiego sygnału oczekuję?

Przy każdym diagnozowaniu usterek ważne jest, aby znać obraz oscyloskopowy prawidłowo działającej części. W elektryce pojazdów jest około 15 do 20 stale powtarzających się sygnałów, które każdy diagnosta powinien zawsze potrafić wychwycić. Dlatego też dobrym rozwiązaniem jest stworzenie własnej, małej bazy danych z obrazami prawidłowego i wadliwego działania części, które można w razie potrzeby porównać z mierzonymi sygnałami. Warto więc po każdym pomiarze wydrukować zarejestrowany sygnał i zaznaczyć na nim cechy szczególne i zanotować wskazówki. W ten sposób można szybko i łatwo stworzyć wygodne kompendium wiedzy.

Ocena sygnału

Porównanie zapamiętanych lub wydrukowanych obrazów wzorcowych z obrazem aktualnie odczytywanym jest niekiedy jedynym sposobem na znalezienie usterki.

Kategoria 1: Sondy lambda

Pierwsze sondy lambda dawały się łatwo rozpoznać. Miały jeden przewód, zwykle czarny, i były połączone z masą pojazdu poprzez gwintowaną końcówkę. Przewód sygnałowy wraz z połączeniem z masą pojazdu dawał możliwości pomiarowe, jednak z czasem okazało się, że rura wydechowa w którą wkręcona jest sonda miewa kłopoty z dobrym dostarczeniem masy ze względu na korozję w miejscu przykręcenia rury wydechowej do kolektora wydechowego oraz miejscu łączenia kolektora wydechowego z głowicą. Występujące problemy  pomiarowe sprawiły, że producenci samochodów stopniowo zaczęli dodawać przewód którym dostarczana była masa pojazdu. Kolejnym powodem stworzenia czteroprzewodowej sondy była możliwość regulacji lambda za pomocą przesunięcia masowego. Umożliwia to rozróżnienie między bardzo ubogą mieszanką a wadliwą sondą lambda. Trudność polega na przeprowadzeniu rozróżnienia w zabudowanym układzie, ponieważ sond czteroprzewodowych z i bez przesunięcia masowego nie da się rozpoznać z zewnątrz. Od wprowadzenia systemu OBD wszystkie sondy lambda są czteroprzewodowe i posiadają przesunięcie masowe wynoszące 0,3 lub 0,7 V.

Sonda lambda bez przesunięcia masowego

  • Ustawienie podstawowe: 1 V,
  • Czas pomiaru: 1 do 2 s,
  1. Ustawienie podstawowe oscyloskopu: obraz sygnału jak na ilustracji 1,
  2. Przewód ujemny oscyloskopu na masie silnika,
  3. Przewód dodatni na przewodzie sygnałowym sondy (zwykle czarny),
  4. Obraz sygnału na ilustracji 2 pojawia się przy niezmienionej regulacji.

oscylogram

Ilustracja 1. Ustawienie podstawowe oscyloskopu do pomiaru sondy lambda. Napięcie 1 V, czas pomiaru 1-2 s.

oscylogram

Ilustracja 2. Obraz sygnału odpowiadający sondzie bez przesunięcia masowego.

Sonda lambda z przesunięciem masowym

  • Ustawienie podstawowe: 1 V,
  • Czas pomiaru: 1 do 2 s,
  1. Ustawienie podstawowe oscyloskopu: obraz sygnału jak na ilustracji 1,
  2. Przewód ujemny oscyloskopu na masie silnika,
  3. Przewód dodatni na kablu sygnałowym sondy (zwykle czarny),
  4. eżeli sonda jest zimna lub regulująca, pojawiają się obrazy sygnałów przedstawione na ilustracjach 3 i 4. Zimną sondę przedstawia ilustracja 3, napięcie odniesienia sterownika wynosi przy tym 0,75 V. Regulującą sondę lambda przedstawia ilustracja 4,
  5. Jeżeli sonda reguluje w zakresie ponad 1 V, to jest to sonda z przesunięciem masowym, przewód ujemny przyrządu pomiarowego musi być umieszczony na masie sondy (zwykle szara), a nie na masie silnika czy samochodu.

oscylogram

Ilustracja 3. Zimna sondę lambda. Napięcie odniesienia sterownika wynosi przy tym 0,75 V.

oscylogram

Ilustracja 4. Sygnał regulującej sondy lambda.

Następujący obraz sygnału odpowiada sondzie bez przesunięcia masowego (ilustracja 2).

Kategoria 2: czujniki (np. potencjometr)

  • Ustawienie podstawowe: 5 V,
  • Czas pomiaru: 1 do 2 s,
  1. Ustawienie podstawowe oscyloskopu: obraz sygnału na ilustracji 5,
  2. Przewód ujemny oscyloskopu na masie silnika,
  3. Przewód dodatni: Odczytanie wszystkich przewodów czujnika,
  4. Jeden przewód przewodzi sygnał przedstawiony na ilustracji 6.

oscylogram

Ilustracja 5. Ustawienie podstawowe oscyloskopu do pomiaru czujnika.

oscylogram

Ilustracja 6. Pomiar czujnika w którym jeden przewód przewodzi sygnał przedstawiony na ilustracji.

Kategoria 3: sygnały indukcyjne

  • Ustawienie podstawowe: napięcie zmienne,
  • Czas pomiaru: 1 do 2 s,
  1. Ustawienie podstawowe oscyloskopu: obraz sygnału na ilustracji 7,
  2. Przewód ujemny oscyloskopu na masie silnika/masie pojazdu,
  3. Poszukiwanie sygnału przez odczytywanie wszystkich przewodów czujnika indukcyjnego za pomocą przewodu dodatniego ,
  4. Obraz sygnału jak na ilustracji 8,
  5. Zmiana ustawienia czasu, aż do osiągnięcia dającego się ocenić sygnału, jak na ilustracji 9.

oscylogramy

Ilustracja 7. Ustawienie podstawowe oscyloskopu do pomiaru sygnału indukcyjnego.

oscylogramy

Ilustracja 8. Odczyt przykładowego sygnału indukcyjnego.

ocsylogramy

Ilustracja 9. Po zmianie podstawy czasu z 2 s. do 50 ms odczytać można konkretny sygnał.

Kategoria 4: urządzenia wykonawcze

  • Ustawienie podstawowe: 20 V,
  • Czas pomiaru: 1 do 2 s,
  1. Ustawienie podstawowe oscyloskopu: obraz sygnału jak na ilustracji 10,
  2. Przewód ujemny oscyloskopu na masie pojazdu,
  3. Przewód dodatni na przewodzie urządzenia wykonawczego,
  4. Przy pracującym silniku strona wtyczki wskazuje ciągle 12 V, druga strona pokazuje obraz sygnału jak na ilustracji 11,
  5. Aby osiągnąć dający się ocenić sygnał, należy zmienić ustawienie czasu,
  6. W ten sposób otrzymuje się obrazy sygnałów jak na ilustracjach 12 i 13.

oscylogramy

Ilustracja 10. Ustawienie podstawowe oscyloskopu do pomiaru urządzenia wykonawczego.

oscylogram

Ilustracja 11. Odczyt przykładowego sygnału urządzenia wykonawczego.

oscylogram

oscylogram

Ilustracja 12, 13. Po przestawieniu podstawy czasu z 2 sekund na 50 ms sygnał okazuje się być czytelny.

Kategoria 5: zawory elektromagnetyczne

  • Ustawienie podstawowe: 50 V,
  • Czas pomiaru: 1 do 2 s,
  1. Ustawienie podstawowe oscyloskopu: obraz sygnału jak na ilustracji 14,
  2. Przewód ujemny oscyloskopu na masie pojazdu,
  3. Przewód dodatni na przewodzie zaworu elektromagnetycznego,
  4. Przy pracującym silniku strona wtyczki wskazuje ciągle 12 V, druga strona pokazuje obraz sygnału jak na ilustracji 15,
  5. Po zmianie ustawienia czasu otrzymuje się sygnał jak na ilustracji 16, który można ocenić.

oscylogram

Ilustracja 14. Ustawienie podstawowe oscyloskopu do pomiaru zaworów elektromagnetycznych. Napięcie 50 V, podstawa czasu 2 s.

oscylogram

Ilustracja 15. Przykładowy przebieg sygnały pracy wtryskiwacza w silniku benzynowym z nieprawidłowo ustawioną podstawa czasu.

oscylogram

Ilustracja 16. Wykres pracy wtryskiwacza ze zmniejszoną podstawą czasu pozwala na odczytanie informacji, ze wtryskiwacz pracuje prawidłowo (lub nie).

Prawidłowe i nieprawidłowe przebiegi

Poniżej przedstawiamy prawidłowe i nieprawidłowe charakterystyki przebiegów napięcia podczas kontroli oscyloskopem.

Czujnik skoków napięcia

Ilustracja 17. Czujnik skoków napięcia - obraz prawidłowy (czas: 4 ms).
Ilustracja 17. Czujnik skoków napięcia - obraz prawidłowy (czas: 4 ms).
Ilustracja 18. Czujnik skoków napięcia - czas trwania amplitudy zbyt długi.

 

Ilustracja 19. Czujnik skoków napięcia - czas trwania amplitudy zbyt długi.
Ilustracja 19. Czujnik skoków napięcia - czas trwania amplitudy zbyt długi.
Ilustracja 20. Czujnik skoków napięcia - amplituda napięcia jest zbyt niska: 0,35-0,6 V.
Ilustracja 20. Czujnik skoków napięcia - amplituda napięcia jest zbyt niska: 0,35-0,6 V.

Czujnik indukcyjny na wale korbowym

oscylogram
Ilustracja 21. Czujnik indukcyjny na wale korbowym - obraz prawidłowy przy obrotach rozruchowych.
oscylogram
Ilustracja 22. Czujnik indukcyjny na wale korbowym - zanik sygnału spowodowany jest sporadycznym zwieraniem do masy.
oscylogram
Ilustracja 23. Czujnik indukcyjny na wale korbowym - obraz nieprawidłowy – wynika to z uszkodzenia czujnika obrotów

Czujnik indukcyjny w rozdzielaczu zapłonu

oscylogram
Ilustracja 24. Czujnik indukcyjny w rozdzielaczu zapłonu - obraz jest prawidłowy. Maksymalne napięcie Uss przekracza 5 V.
oscylogram
Ilustracja 25. Czujnik indukcyjny w rozdzielaczu zapłonu - prawidłowy obraz z dodatkowymi pikami napięcia służącymi do rozpoznania cylindra.

Czujnik indukcyjny układu ABS

oscylogram
Ilustracja 26. Czujnik indukcyjny układu ABS - wahania napięcia powstały przez uszkodzony przewód połączeniowy czujnika ABS-u. Sprawdzono luz łożyska koła. Prędkości obrotowe kół są takie same na jednej osi.
oscylogram
Ilustracja 27. Czujnik indukcyjny układu ABS - obraz jest prawidłowy. Przebieg sygnału jest równomierny przy wszystkich prędkościach.
oscylogram
Ilustracja 28. Czujnik indukcyjny układu ABS - prawidłowy odczyt czujnika ABS. Skala czasowa zbyt krótka, wartość żądana zależna od prędkości (np. 40 ms). Skala napięcia jest zbyt duża, ponieważ napięcie powinno zawierać się w granicach -2,5 / +2,5 V.

Potencjometr
 

oscylogram
Ilustracja 29. Potencjometr - wykres jest prawidłowy, napięcie minimalne: 0,5 V, napięcie maksymalne: 4,5 V. Żadnych skoków napięcia ani przerw.
oscylogram
Ilustracja 30. Potencjometr - krótkie skoki napięcia mogą prowadzić do skoków prędkości obrotowej silnika (pływanie obrotów).
oscylogram
Ilustracja 31. Potencjometr - duże skoki napięcia i nieosiągnięte napięcie maksymalne na poziomie 4,5 V.
oscylogram
Ilustracja 32. Potencjometr - skoki napięcia w niskim i średnim zakresie obciążenia. Nieosiągnięte napięcie maksymalne na poziomie 4,5 V przy pełnym obciążeniu.

Czujnik ciśnienia w rurze ssącej (map sensor)

oscylogram
Ilustracja 33. Czujnik ciśnienia w rurze ssącej (map sensor) - wykres jest prawidłowy, napięcie minimalne: 0,5 V, napięcie maksymalne: 4,5 V. Żadnych skoków napięcia ani przerw.
oscylogram
Ilustracja 34. Czujnik ciśnienia w rurze ssącej (map sensor) - obraz prawidłowy dla pięciu skoków ciśnienia.
oscylogram
Ilustracja 35. Przepływomierz masowy powietrza - obraz przepływomierza jest prawidłowy.

Masowy przepływomierz powietrza
 

oscylogram
Ilustracja 36. Przepływomierz masowy powietrza - przepływomierz jest uszkodzony. Wartość napięcia przy pełnym obciążeniu – zbyt niska. Pojazd nie osiąga mocy maksymalnej.
oscylogram
Ilustracja 37. Przepływomierz masowy powietrza - skoki napięcia wynikają z uszkodzonej powierzchni ślizgu. Zauważalne są problemy przy zmianie obrotów.

Czujnik temperatury
 

oscylogram
Ilustracja 38. Czujnik temperatury - przebieg napięcia jest prawidłowy,
oscylogram
Ilustracja 39. Czujnik temperatury - skoki napięcia spowodowane są przerwaniem przewodu lub zwarciem do masy. W tych momentach sterownik zubaża mieszankę, albo ją wzbogaca. Jest to źródłem problemów podczas pracy silnika.

Sygnał wtrysku paliwa (MPI)

oscylogram

Ilustracja 40. Sygnał wtrysku paliwa: wielopunktowy wtrysk paliwa - wykres napięcia sterującego wtryskiwaczem w układzie wielopunktowego wtrysku paliwa jest prawidłowy.

Ilustracja 41. Sygnał wtrysku paliwa: wielopunktowy wtrysk paliwa - sygnał wtrysku jest zniekształcony przez uszkodzenie wyjścia z jednostki sterującej. Skutkuje to unieruchomieniem silnika.

Sygnał wtrysku paliwa (Multec - Opel)

Ilustracja 42. Sygnał wtrysku paliwa taktowany: Opel Multec - prawidłowy przebieg taktowanego zaworu wtryskowego (Multec z ograniczeniem prądowym),

Ilustracja 43. Sygnał wtrysku paliwa taktowany: Opel Multec -sygnał wtrysku jest zniekształcony wskutek uszkodzenia wyjścia z jednostki sterującej. Silnik jest unieruchomiony na biegu jałowym.

Regulacja biegu jałowego

Ilustracja 44. Regulacja biegu jałowego: nastawnik - jednostka sterująca otwiera maksymalnie regulator biegu jałowego, ale obroty są przy tym niezmienione. Przyczyną tego są nagary pojawiające się w nastawniku lub w przewodach sterujących i dyszach.

oscylogram
Ilustracja 45. Regulacja biegu jałowego: nastawnik - jednostka sterująca dopasowała liczbę obrotów za pomocą nastawnika. Przyczyną było „fałszywe powietrze”.

 

oscylogram
Ilustracja 46. Regulacja biegu jałowego: nastawnik - obraz jest prawidłowy. Silnik z prawidłową temperaturą pracy na biegu jałowym. Próbkowanie regularne w stosunku 50:50.

Czujnik prędkości

oscylogram
Ilustracja 47. Czujnik prędkości - sygnał prostokątny czujnika hallotronowego służący do określenia prędkości pojazdu.

 

oscylogram
Ilustracja 48. Czujnik prędkości - różne szerokości sygnałów odpowiadające różnym szerokościom przerw w elemencie sygnałowym.

 

oscylogram
Ilustracja 49. Czujnik prędkości - porównanie napięcia zasilania (góra) z sygnałem prostokątnym (napięcie sygnału – dół).

Odłączanie prądu spoczynkowego

oscylogram
Ilustracja 50. Odłączenie prądu spoczynkowego dla systemu - trójpoziomowe odłączanie pojedynczych systemów. Kilka minut po wyłączeniu zapłonu i zamknięciu pojazdu prąd spoczynkowy powinien być na poziomie 0 A.

 

oscylogram
Ilustracja 51. Odłączenie prądu spoczynkowego dla systemu - nieprawidłowy sygnał czujnika hallotronowego. Sygnał przez zbyt niskie napięcie zasilania (dół) nie osiąga stanu zerowego (góra).

 

 

Udostępnij:

Drukuj





autoFACHMANN



Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również