Oszilloskop Kapitel 4

Transkript

1 Oszilloskop 1. Einleitung 2 2. Prinzipieller Aufbau 2 3. Anschlussmöglichkeiten 3 4. Einstellungen Zeitachse Spannungsachse Das Triggern Delay 6 5. Grundbegriffe der Oszilloskopdarstellung Periode Frequenz Impulsdauer Tastverhältnis 9 6. Übungen zum Einsatz des Oszilloskops 9 7. Vergleich Oszilloskop Multimeter Übung 17 1

2 1. Einleitung Das Oszilloskop dient zur Ergänzung des Multimeters und des MUT-II bei der Diagnose an elektrischen Systemen. Ein Oszilloskop, das alle MITSUBISHI-Händler besitzen, ist der HI-Scan Tester. Mit dem Oszilloskop können schnell ablaufende elektrische Vorgänge sichtbar gemacht werden. Eine Reihe von Anwendungsmöglichkeiten (z.b. Zündanlage, Lichtmaschine, Prüfungen an Sensoren der unterschiedlichen Systeme) lassen sich in der Werkstattanleitung finden. Mit Hilfe der Ausführungen in diesem Kapitel sollen Sie in die Lage versetzt werden, das Oszilloskop richtig anzuschließen / einzustellen und die Meßergebnisse mit Hilfe der Werkstattanleitung richtig zu beurteilen. 2. Prinzipieller Aufbau des Oszilloskops Vereinfacht ausgedrückt stellt das Oszilloskop ein Voltmeter dar, welches in den meisten Fällen Gleich- und Wechselspannungen als bewegende Linie darstellen kann. Damit diese Linie sichtbar wird, bewegt sich ein Lichtstrahl auf dem Schirm waagerecht von links nach rechts und bildet die Zeitachse. Diese Bewegung beruht auf einer Ablenkung des Strahls durch eine wechselnde elektromagnetische Kraft. Die Zeit, die für einen Bewegungsablauf benötigt wird, kann eingestellt werden, um das Spannungssignal in seiner Breite anpassen zu können. Um die Höhe der Spannung darzustellen, wird der Strahl durch die angeschlossenen Messleitungen in der Senkrechten abgelenkt. Die Empfindlichkeit der Ablenkung lässt sich verstellen und bestimmt die maximale, bzw. minimale Darstellungsmöglichkeit der Spannungshöhe. 2

3 3. Anschlussmöglichkeiten Da ein Oszilloskop den Spannungsverlauf darstellt, müssen mindestens zwei Anschlussleitungen vorhanden sein. Ein Anschluss wird mit der Messstelle verbunden, der zweite mit dem Bezugspunkt (i. d. Regel die Fahrzeugmasse). Werden die Anschlussleitungen vertauscht, so wird das Bild um 180 Grad gedreht dargestellt: 4. Einstellungen am Oszilloskop 4.1. Zeitachse: Wird die Zeiteinstellung verlängert, lässt sich das Signal in der Waagerechten verkleinern und es werden in einer Signalfolge mehr Signale sichtbar. Wird die Zeiteinstellung verkürzt wird das Signal in der Waagerechten vergrößert. 3

4 4.2. Spannungsachse Wird ein kleiner Spannungsbereich gewählt, ist die Darstellung auf der Spannungsachse vergrößert. Eine Vergrößerung des Spannungsbereichs lässt die Darstellung schrumpfen. Die Bezeichnung " /Div" beruht auf der Einteilung des sichtbaren Bildschirms in ein Netz aus Quadraten. Der Wert 5V / Div bzw. 1ms / Div bedeutet somit, dass die Spannung bzw. Zeit für jedes Quadrat angegeben wird. Einstellung Zeitachse: 5V / Div Gesamtspannung die angezeigt werden kann : 10 x 5V = 50 V Einstellung Zeitachse : 1ms /Div Gesamtzeit: 15 x 1ms = 15ms Durch entsprechende Auswahl innerhalb der beiden Einstellmöglichkeiten lassen sich die zu prüfenden Signale je nach Anforderung mehr oder weniger stark strecken oder dehnen, um so eine möglichst optimale Auswertung zu erreichen. 4

5 4.3. Triggern Triggern bedeutet "ein Startsignal setzen". Dabei wird festgelegt, bei welchem Spannungswert der Strahl des Oszilloskops anfängt über den Schirm zu laufen, um das Signal darzustellen. Ohne Triggerung wird der Elektronenstrahl kontinuierlich von links nach rechts in der gewählten Zeitablenkung über den Bildschirm gelenkt. Das aufgenommene Signal kann dabei je nach Signalfolge in Bewegung kommen und die Auswertung dadurch schwieriger werden. Beispiel: ohne Triggerung Das Signal beginnt am Punkt 1 im ersten Bild unten, in Bild 2 oben und in Bild 3 wieder oben aber etwas mehr versetzt. Dadurch entsteht der Effekt des "laufenden Bildes". Mit Triggerung wird ein Startwert für den Elektronenstrahl vorgegeben, d.h. der Elektronenstrahl fängt erst bei Erreichen dieses Startwertes an über den Bildschirm zu wandern. Dieser Startpunkt kann zum Einen automatisch vom Oszilloskop festgelegt werden (meist die Auto Range Einstellung, nicht bei Hi-Scan). Dabei versucht die Elektronik einen sich im Signal widerholenden Spannungswert als Startpunkt zu setzen (Auto Range), um das Bild auf dem Schirm ruhig darzustellen. Darüber hinaus ist meist die Möglichkeit gegeben (Hi-Scan) in einer zusätzlichen Auswahl die ansteigende bzw. abfallende Flanke auszuwählen und dabei auch die Spannungshöhe einzustellen, die den Trigger auslöst. Dies bedeutet, dass bei einer Einstellung aufsteigende Flanke, Triggerpunkt 4V der Startpunkt z.b. immer dann beginnt, wenn die Spannung ansteigt und der Spannungswert 4V übersteigt. Eine weitere Variante ist die externe Triggerung, bei der über eine zusätzliche Eingangsbuchse der Startpunkt an das Oszilloskop übergeben wird (nicht Hi-Scan). 5

6 Beispiel: aufsteigende Flanke getriggert Beispiel: aufsteigende Flanke-Triggerung bei 4V Einstellung - 2V-Signal am Anfang der Signalfolge wird nicht dargestellt 4.4. Delay Die Delay Einstellung verschiebt den Triggerpunkt im Darstellungsbereich des Bildschirms und damit das angezeigte Signal nach links oder rechts 6

7 Moderne Oszilloskope erlauben weiterhin eine Vielzahl von zusätzlichen Variationen und Möglichkeiten um die Auswertung zu vereinfachen, wie z.b. Abspeichern einer Signalfolge, Verändern des Triggerpunktes während der Darstellung, Anzeige von min + max Werten, Ausmessen von gespeicherten Signalen, Digitale Speicherung der Signale über einen vorgegebenen Zeitraum. Das Oszilloskop im Hi-Scan Tester beinhaltet einige dieser Funktionen und eignet sich damit auch zur Diagnose und Fehlersuche. Die Bedienung der Hauptfunktionen werden in der Bedienungsanleitung TGGW9701 auf der Seite 8-63 und folgende beschrieben. 5. Grundbegriffe der Oszilloskopdarstellung Um ein Oszilloskop in der Diagnose einzusetzen, sollten auch einige Grundbegriffe und deren Bedeutung bekannt sein Periode Wenn sich Signale periodisch (in gleichmäßiger Folge) wiederholen, bezeichnet man den Beginn des Signals bis zum Beginn des nächsten Signals als Periode. Beispiel: Hi-Scan Einstellung Kanal A 2,0 V/Div Zeitachse 10ms/Div Pfeile zeigen Beginn und Ende einer Periode Bestimmen Sie nun die Dauer und die Spannungshöhe dieser Periode 5.2. Frequenz: Die Anzahl der Perioden pro Sekunde ergibt die Frequenz gemessen in Hertz (Hz) Bestimmen Sie die Frequenz aus dem oberen Bild: Frequenzmessung findet beispielsweise zur Bestimmung der Luftmasse im Steuergerät statt. 7

8 5.3. Impulsdauer: Die Zeit in der ein Signal wirksam ist (hierbei muss die Art der Ansteuerung bekannt sein). Man unterscheidet positive und negative Ansteuerung, deshalb muss vorher festgestellt werden nach welcher Art die Ansteuerung durchgeführt wird. Beispiel: Minusschaltung Einspritzdüsensignal MPI-System Art der Ansteuerung: Düsen mit Plus über Relais versorgt, Ansteuerung erfolgt masseseitig über Transistorschaltung (Negativer Impuls). Die Pfeile zeigen die Impulsdauer, die durch die masseseitige Ansteuerung immer bei Spannungsabfall ausgewertet wird. Bestimmen Sie die Batteriespannung, die Zeitdauer und die Spannungshöhe beim Aktivieren der Düse anhand der Vorgabewerte im Bild. 8

9 5.4. Tastverhältnis: Die Ein- und Ausschaltzeit einer Signalfolge in ein prozentuales Verhältnis gesetzt, wird als Tastverhältnis bezeichnet. Auch hier muss die Art der Ansteuerung bekannt sein, da das Tastverhältnis sich auf die Einschaltzeit als Prozentwert bezieht. Beispiel: Sind Ein- und Ausschaltimpuls gleich lang, so entspricht dies einem Tastverhältnis von 50%, d.h. 50% einer Periode ist eine Ansteuerung vorhanden. Im Bild links ist die Impulszeit (Einschaltzeit) mit dem Pfeil gekennzeichnet. Das Signal wird hier also als negativer Impuls dargestellt. Versuchen Sie das Tastverhältnis aus dem Bild zu berechnen. 6. Übungen zum Einsatz des Oszilloskops: Da der Hi-Scan Tester in den meisten MITSUBISHI-Betrieben vorhanden ist, beziehen sich die Beschreibungen im Allgemeinen auf die Benutzung dieses Testers. Allerdings muss hier gesagt werden, dass der Hi-Scan Tester nur eingeschränkt zur Messung von Wechselspannungen geeignet ist, da nur die positive Halbwelle dargestellt werden kann. Trotzdem besprechen wir im weiteren auch die Prüfung von Wechselspannungssignalen und Alternative Messmöglichkeiten ohne Oszilloskop. Natürlich sind alle Vorgaben und Messungen auch mit Oszilloskopen anderer Hersteller möglich, wobei die Bedienungsanleitung des jeweiligen Herstellers zu beachten ist. 9

10 Bedeutung der Wahltasten beim Hi-Scan Tester für die Bedienung des Oszilloskops HOLD Festhalten bzw. Weiterlaufen der Anzeige (Funktionstastenwechsel) TIME Zeitbasis-Cursor springt auf Zeitanzeige Auswahl mit Cursortasten VOLT Cursor springt auf Spannungsbereich Auswahl mit Cursortasten CHNL Auswahl des Eingangkanals (A oder B bzw. A + B) GRID Koordinatennetz wird ein-/ausgeblendet MORE Weitere Funktionen anzeigen LINE Zeit o. Spannungswert zwischen zwei Linien, Einstellung Linetaste drücken bis gestrichelte Linie erscheint, mit Cursortasten bewegen TRIG Trigger auf-ab-ohne durch drücken der Triggertaste, Wert mit Cursortaste auf-ab; Verschieben des Bildes (Delay) mit Cursortaste re./li. MXMN MAX-MIN Spannung an den Linien MXMN-Taste drücken bis Linie gestrichelt; Verschieben mit Cursortasten re/li CLR Zusatzeinblendungen löschen CALL Gespeicherte Werte abrufen ( nur mit Speichererweiterung) SING Startpunkt für Triggersignal für 1x Bildschirmdurchlauf 10

11 Beispiele aus der WA EGR-Ventil (Schrittmotor) GDI < 4G9 > Fehlersuche Meßmethoden nach Schaltplan: Am Stecker des EGR-Ventils die Steckerklemme 1 bzw. Klemme 3, Klemme 4 und Klemme 6 über Büroklammern oder ähnlichem von hinten mit dem Prüfkabel verbinden. Alternative Normalwellenbild Das Prüfkabel an die Klemme 39 sowie Anschlussklemmen 40, 31 und 32 des Motor-ECU Steckers anschließen. Einstellungen des Oszilloskops am Hi-Scan TRIGGER SPANNUNGSHÖHE ZEITACHSE Motor- Betriebszustand bei dem das Signal von der Steuereinheit geschaltet wird ABFALLEND 2V/DIV 20ms/Div Den Zündschalter von OFF auf ON (bei Kühlmitteltemperatur 20 C) stellen (ohne den Motor anzulassen) Während der Motor im Leerlauf läuft, Klimaanlage einschalten. Unmittelbar nachdem der betriebswarme Motor angelassen wird 11

12 Beispiele aus der WA Motorelektrik - Ladesystem Allgemeine Informationen Die Lichtmaschine sorgt für ausreichende Versorgung der Verbraucher und Ladung der Batterie während der Fahrt. Wenn man den Zündschalter einschaltet, fließt ein Strom zur Feldwicklung, die dadurch erregt wird. Wenn die Statorwicklung nach dem Motorstart mit der Stromversorgung beginnt, wird die Feldwicklung durch den Ausgangsstrom der Statorwicklung erregt. Die Lichtmaschinen-Ausgangsspannung steigt, wenn der Feldwicklungsstrom zunimmt, bzw. fällt, wenn der Feldwicklungsstrom abnimmt. Wenn die Batteriespannung (Lichtmaschinenspannung Klemme S) eine regulierte Spannung von etwa 14,4 V erreicht, wird der Feldstrom abgeschaltet. Wenn die Batteriespannung unter die regulierte Spannung abfällt, reguliert der Spannungsregler die Ausgangsspannung des Generators durch Steuerung des Feldwicklungsstroms um eine konstante Ladespannung (14,4V) zu erreichen. Wenn der Feldwicklungsstrom konstant ist, steigt die Lichtmaschinen- Ausgangsspannung mit zunehmender Motordrehzahl. Mit dem Oszilloskop kann das Verhalten der Dioden unter Last sowie die Qualität der Spannungsregelung des Reglers überprüft werden. Fehlerdarstellungen sind in den Werkstatthandbüchern nachzusehen. Systemdiagram < 4G9 > Betrieb Die Rotationen der erregten Feldwicklung erzeugen in der Statorwicklung einen Wechselstrom. Dieser Wechselstrom wird durch Dioden in einen Gleichstrom umgerichtet, der die links dargestellte Wellenform hat. Die durchschnittliche Ausgangsspannung verändert sich geringfügig mit der jeweiligen Lichtmaschinenlast. 12

13 Beispiele und Übungen zum Ladesystem: Diodenprüfung am Generator TRIGGER SPANNUNGSHÖHE ZEITACHSE Abgelesener Spannungswert Motor- Betriebszustand bei dem das Signal aufgenommen wurde OHNE 2000 U/min Licht, Klimaanlage, Gebläse, Heckscheibenheizung, Nebelscheinwerfer eingeschaltet Ergänzen Sie die fehlenden Angaben aus untenstehendem Bild (Generatorspannung Hi-Scan): Spannungshöhe, Zeitachse, Spannungswert Beispiele für anormale Wellenformen am Ladesystem: Suchen Sie die entsprechenden Erklärungen für die Bedeutung der Darstellungen aus Werkstattanleitung Pajero V60 heraus und tragen Sie diese in die Felder ein. 13

14 7. Vergleich Oszilloskop Multimeter Am Beispiel der gezeigten Abbildungen soll der Unterschied zwischen der Oszilloskopanzeige und dem Multimeter verdeutlicht werden. Pulsierende Gleichspannungen (0-5V z.b.) Pulsierende Gleichspannungen werden am Oszilloskop im DC Bereich in ihrem tatsächlichen Verlauf dargestellt. Bei pulsierender Gleichspannung wird am Multimeter die Summe der Flächen angezeigt. Eine qualitative Aussage über Aussehen, Verlauf und Störeinflüsse ist nur mit Hilfe des Oszilloskopbildes möglich. 14

15 Wechselspannungsmessung: Am Oszilloskop wird in Stellung AC nur der reine Wechselspannungsanteil dargestellt, auch wenn es sich um eine mit Gleichspannung überlagerte Wechselspannung handelt (z.b. Welligkeit der Drehstromlichtmaschine). Mit dem Oszilloskop kann der tatsächliche Spannungsverlauf dargestellt werden. Das Multimeter zeigt die effektive Spannung an, somit ist keine qualitative Aussage über das eigentliche Signal im gesamten Signalverlauf möglich. 15

16 Wechselspannungsmessung Wird eine reine Wechselspannung mit dem Multimeter im Gleichspannungsbereich gemessen, so wird nur die Summe der Flächen angezeigt. Bei einer gleichmäßigen reinen Wechselspannung beträgt der Mittelwert immer "0" 16

17 8. Übung Versuchen Sie das Signal des Kurbelwellensensors eines Fahrzeugs mit MPI-System ohne Zündverteiler, mit dem Multimeter und dem Oszilloskop des Hi-Scan Testers bei 2000U/min sichtbar zu machen. Zeichnen Sie das Signal und die eingestellten Werte in die Vorlage, berechnen Sie die Frequenz bei 2000U/min. Tipp : Benutzen sie die Hold Taste um das Signal am Bildschirm zu speichern. Frequenz: Höchster Spannungswert: Niedrigster Spannungswert. Messen Sie die Spannung mit einem Multimeter: Warum zeigt das Multimeter einen niedrigeren Spannungswert als das Oszilloskop an? 17