Осцилоскопічні вимірювання

Осцилоскопічні вимірювання

Дослідження періодичних сигналів за допомогою осцилографа дозволяє отримати найбільш детальну інформацію про стан пристрою або системи в процесі їх діагностування.

Щодо використання у електрообладнанні автомобіля, осцилографи знайшли широке застосування при діагностуванні систем запалювання та електрозабезпечення. Вихідні діагностичні параметри цих систем є періодичними коливаннями напруги.

Крім цього, осцилографи можуть застосоватися при діагностуванні електронних блоків автомобіля циклічної дії (реле поворотів, реле очисників скла та ін.) та частотно-параметричних блоків (електронних спідометрів, реле блокування стартера, реле обмеження обертів колінчастого вала та ін.) в умовах електровідділення. В цьому випадку проводиться оцінка параметрів періодичних сигналів вмонтованих релаксаційних генераторів або сигналів, що подаються на вхід пристрою як стимули (сигнали імітаторів).

Осцилографи, адаптовані до діагностування систем запалювання, мають спеціально отформатованний екран і дозволяють одержувати послідовне, накладене, і растрове зображення осцилограм.

Такі функції можуть виконуватись багатоканальними універсальними осцилографами.

Послідовне зображення дозволяє перевірити роботу кожного циліндра окремо, спостерігаючи за всіма циліндрами одночасно.

Така розгортка сигналів системи запалювання (рис.1) переважна при порівнянні амплітудних значень осцилограм окремих циліндрів.

Рис. 1. Осцилограми вторинної напруги послідовного зображення:

а — зменшений зазор третьої свічки; б — збільшений зазор другої свічки

Суміщене зображення сигналів вторинної напруги системи запалювання (рис.2) дозволяє оцінювати ідентичність електричних процесів у колах свічок та спостерігати за викривленням форми осцилограми. Ступінь викривлення осцилограми щодо форми сигналу справної системи дозволяє локалізувати несправність до рівня елемента системи, а в ряді випадків і установити причину несправності без демонтажу системи.

Растрове зображення (рис.3) дає змогу найбільш ефективно визначати і порівнювати фазові (часові) параметри сигналів.

Основними вихідними параметрами системи запалювання є напруга u_ір, енергія і тривалість ф_ір іскрового розряду. Пробивна напруга і тривалість іскри вимірюються безпосередньо по осцилограмі (рис.3). Енергія індуктивної фази іскрового розряду W_і визначається на підставі осцилограм іскрового розряду напруги u_ір і струму і₂ вторинного кола розрахунком згідно з формулою

Рис. 2. Осцилограми вторинної напруги накладеного зображення: а — пробій високовольтного проводу свічки; б — обрив центрального високовольтного проводу; в — витік (пробій ізоляції) котушки запалювання; г — тріщини в корпусі свічки

де U_і.ср — середнє значення напруги іскрового розряду, В;

І_Lі — максимальне значення струму індуктивної фази іскрового розряду, А.

Слід зазначити, що підключення осцилографа до первинного кола системи здійснюється гальванічним способом через штатні подільники напруги.

Для підключення вторинного кола застосовуються накладні безконтактні датчики високої напруги ємнісного чи індуктивного типу або спеціальні ємнісні подільники.

До датчиків (вимірювальних адаптерів) високої напруги висуваються особливі вимоги щодо електробезпеки, а також до якості передачі форми досліджуваного сигналу. Схема вимірювання параметрів вторинного кола з використанням ємнісного подільника наведена на рис. 4.

Рис. 3. Осцилограми електричних процесів у колах справної системи запалювання: а — струм первинного кола; б — напруга первинного кола;

в — напруга вторинного кола; г — струм іскрового розряду

Рис. 4. Схема виміру параметрів вторинного кола

Згідно з рисунком: ПР — контакти переривача; КЗ — котушка запалювання; ЕО — електронно-променевий двоканальний осцилограф; СЗ — свіча запалювання; R1, R2, C1, C2 — елементи високовольтного подільника напруги; R3, C3 — елементи датчика струму вторинного кола. Мінімальні викривлення форми сигналу індуктивної фази високовольтного розряду будуть спостерігатися за умови C1R1=C2R2.

Поряд з вимірюванням вихідних діагностичних параметрів при діагностуванні систем запалювання виконується оцінка структурних параметрів системи. До них належать сигнали датчиків системи запалювання (рис. 5), сигнали моменту запалювання і вибору каналу на виході контролера цифрової системи запалювання, сигнали з діагностичних рознімань системи вмонтованих датчиків і т.ін.

Крім вимірювання час-амплітудних параметрів цих сигналів, у робочих швидкісних і навантажувальних діапазонах порівнюються фазові вхідних і вихідних сигналів по растрових зображеннях осцилограм. Такий метод дозволяє робити діагностику автоматів випередження запалювання безконтактних систем і перевіряти характеристичні карти, «зашиті» у контролер цифрових систем запалювання.

При використанні універсальних осцилографів поблизу борта автомобіля їх необхідно заземлювати на зовнішній контур, забезпечуючи електромагнітну сумісність його роботи з роботою системи запалювання за радіочастотними перешкодами.

Рис.5. Сигнали датчиків систем запалювання:

а — початку відліку; б — кутових імпульсів; в — датчика Холла

При діагностуванні системи електропостачання за допомогою осцилографа як діагностичні параметри вимірюються: рівень дU і період ф_в пульсацій випрямлення; амплітуда ДU і період Т_Р пульсації регулювання; напруга спрацьовування U і повернення U` (рис.6).

Рис. 6. Осцилограма напруги бортової мережі

Крім бортових вимірювань, осцилограф використовується при діагностуванні елементів системи, знятих з автомобіля (в умовах електровідділення). Так, наприклад, для діагностування автомобільного генератора в електровідділенні використовуються моторний і безмоторний осцилоскопичні методи.

Моторний метод безрозбірної діагностики припускає обертання ротора генератора стороннім приводом (імітатором ДВЗ) і зняття осцилограм напруги, що виробляється під навантаженням. При цьому з кола виключається регулятор напруги і живлення кола збудження генератора здійснюється безпосередньо від АКБ. Аналіз зміни форми осцилограми щодо форми справного стану генератора дозволяє локалізувати несправність без його розбирання (рис. 7, табл.1).

При безмоторному методі генератор досліджується у стаціонарному стані як понижуючий трансформатор із змінним (у залежності від кутового положення ротора) коефіцієнтом трансформації. Як первинна обмотка трансформатора розглядається обмотка збудження ОЗ генератора, а в якості вторинних — трифазна якірна обмотка статора — W_A, W_B, W_C. Схема виміру при безмоторному методі діагностування генератора наведена на рис. 8.

Відповідно до схеми: Т1 — понижуючий трансформатор, VD1-VD6 — вентилі трифазного випрямляча генератора, R_H — опір зовнішнього навантаження, ЕО — електронний осцилограф.

Форма осцилограми напруги на виході генератора визначається відносним кутовим положенням його ротора і процесом комутації струму через навантаження трифазного випрямляча. Вимірювання можна робити в часовій (внутрішній) чи круговій (зовнішній) розгортці осцилографа. При аналізі осцилограм круговий спосіб розгорнення (використання фігур Ліссажу) є більш наочним і ефективним. Для реалізації зовнішнього розгорнення частотою напруги живлення використовується частина напруги вторинної обмотки трансформатора Т1 (див. рис.8).

У табл. 2 наведено осцилограми напруг на виході справного генератора, а в табл. 3 — осцилограм, що відповідають несправним станам генератора для різних кутових положень ротора.

Метод осцилоскопічного безмоторного діагностування генератора полягає в ідентифікації несправності (чи підтвердження справного стану) за допомогою еталонних осцилограм, отриманих для різних кутових положень ротора.

Безмоторний осцилоскопічний метод діагностування дозволяє локалізувати практично всі стаціонарні несправності генератора за винятком короткозамкнених витків в якорних обмотках. Однак слід пам’ятати, що ряд пошкоджень таких як динамічний пробій або обрив обмоток, зависання й часткове руйнування щіток чи зношення контактних кілець можна виявити тільки при моторних (динамічних) методах безрозбірної перевірки або при розбиранні генератора.

Рис. 7. Осцилограми напруги генератора: а — справного; б — з пробитим вентилем; в — з обривом вентиля

Рис. 8. Схема вимірювання параметрів генератора

безмоторним осцилоскопічним способом

Таблиця 1

Осцилограми випрямленої напруги генератора

Таблиця 2

Осцилограми напруг на виході справного генератора

Таблиця 3

Кругові осцилограми напруг на виході несправного генератора