Meten met de oscilloscoop:


Op deze pagina worden de volgende onderdelen beschreven:
-Algemeen
-Functies van een scoop
-Scoopbeeld van een duty-cycle
-Scoopbeeld van een krukas- en nokkenassignaal
-Scoopbeeld van een injector van een indirect ingespoten benzinemotor
-Scoopbeeld van een injector van een common-rail dieselmotor
-Scoopbeeld van een bobine
-Scoopbeeld van een afstandbediening
-Scoopbeeld van het nadenderen van een relais
-Scoopbeeld van het inschakelen van een lamp
-Scoopbeeld van een pingelsensor




Algemeen:

Een oscilloscoop (afgekort als scoop) is een grafische voltmeter. De spanning wordt grafisch als een functie van de tijd weergeven. Ook is de scoop zeer nauwkeurig.
De tijd kan zo klein worden ingesteld, dat signalen die afkomstig zijn van sensoren als de lambdasonde of actuatoren zoals een injector, perfect weergeven kunnen worden.

De onderstaande afbeelding is van een digitale oscilloscoop, die in autogarages, in test- en ontwikkelruimtes en bij opleidingen gebruikt wordt. Dat kan natuurlijk ook van een ander merk zijn, maar dan zien ze er vaak ook bijna het zelfde uit. De werking is ook allemaal vrijwel het zelfde. Boven op de scoop zitten een rode en een grijze aansluiting. Dit zijn de kanalen A en B. In het midden zit de massa-aansluiting.
Er kunnen twee metingen tegelijkertijd gedaan worden op één scherm (A en B apart). Dit is ook in deze afbeelding te zien. Meting A staat boven en meting B staat onder. Zo kunnen er makkelijk signalen van 2 verschillende sensoren met elkaar vergeleken worden.


Functies van een scoop:
Triggering:
Om op het moment dat een schakelaar omschakelt de spanning in beeld te brengen is het nogal lastig om het knopje van een schakelaar in de auto in te drukken, tegelijk met de knop op de scoop. Hiervoor is de triggerfunctie. De trigger (afgebeeld als een soort muzieknoot) kan op een bepaalde plek in het scherm worden neergezet (bijv. op 2 V). Zodra de spanning die gemeten wordt de 2 Volt bereikt, begint de scoop met meten. De trigger blijft net zo lang wachten, totdat de spanning die ingesteld is gemeten wordt.
Deze trigger kan zowel op de opgaande flank (zoals net werd uitgelegd bij een stijgende spanning) als op de neergaande flank (bij een dalende spanning) worden ingesteld.

Verstellen van de nullijn:
De nullijn kan verschoven worden, zodat het scoopbeeld beter in het scherm past. Ook bij het gebruiken van 2 kanalen, kunnen 2 aparte metingen boven elkaar gedaan worden, met elk hun eigen instellingen.

Scoopbeeld opslaan:
Het scoopbeeld kan opgeslagen worden in het interne geheugen en later met de computer uitgelezen en gekopieerd worden.

Beeld vasthouden:
Om een beeld te kunnen bestuderen, kan op de knop HOLD/RUN gedrukt worden. Het scherm blijft dan stil staan, totdat de knop nogmaals wordt ingedrukt.



Scoopbeeld van een duty-cycle:
Een duty-cycle wordt gebruikt om de stroomsterkte naar een verbruiker te regelen. In de onderstaande afbeelding is een schema van een lamp zichtbaar met rechts het beeld van de oscilloscoop. In het beeld is zichtbaar dat de spanning continu in- en uitgeschakeld wordt. De spanning varieert tussen de 0 en 12 volt. Elk hokje (divisie) is 2 volt, dus zes divisies betekent dat de spanning telkens 12 volt is bij ingeschakelde verbruiker en 0 volt bij uitgeschakelde verbruiker.



De pluskabel van de oscilloscoop zit aangesloten op de plus van de lamp. De massakabel zit op de COM-aansluiting van de scoop en de massa van het voertuig aangesloten. De oscilloscoop meet, net als de multimeter, het spanningverschil tussen de plus- en minkabel. Op het moment dat de lamp ingeschakeld is, staat er een spanning van 12 volt op de plusaansluiting van de lamp. De massa is altijd 0 volt, dus bij ingeschakelde lamp is het spanningsverschil 12 volt. In het scoopbeeld is dat te zien aan de hoge lijn waar "aan" staat.
Wanneer de lamp uitgeschakeld is, zal het spanningsverschil 0 volt zijn. Zowel de plus- als de minkabel zullen dan namelijk 0 volt meten. In het scherm van de oscilloscoop zal dit ook zichtbaar zijn aan de lijn die gelijk aan het streepje van de nullijn ligt. In de bovenstaande afbeelding staat bij dit gedeelte ook "uit" vermeld.

Bij het meten van de duty-cycle dient rekening gehouden worden met het feit of de verbruiker plusgeschakeld of massageschakeld is. Het scoopbeeld zal daarbij andersom zijn. Voor meer informatie, zie de pagina Duty-cycle.



Scoopbeeld van een krukas- en nokkenassignaal:
Met de oscilloscoop kunnen ook meerdere componenten, in hetzelfde tijdbestek, ten op zichten van elkaar gemeten worden. Hiermee kan worden gecontroleerd of dat sensoren op het goede moment een signaal geven. Een voorbeeld is in het onderstaande scoopbeeld te zien, waarbij het krukassignaal met het nokkenassignaal vergeleken wordt:



Door deze twee signalen met elkaar te vergelijken, kan er gecontroleerd worden of de timing van de distributie nog in orde is. Meer uitleg over deze signalen is te vinden op de pagina Krukaspositiesensor.



Scoopbeeld van een injector van een indirect ingespoten benzinemotor:
Bij een actuator, zoals een brandstofinjector, kunnen het stroomverloop en het spanningverloop onder elkaar weergeven worden. In het onderstaande scoopbeeld is het stroomsignaal geel, en het spanningssignaal rood weergeven. Bij het tijdstip 0.00 seconden wordt de injector door de ECU aangestuurd. De spanning daalt dan van 14 volt naar 0 volt. De injector wordt dus aan massa gelegd. Op dat moment gaat er een stroom lopen; de gele lijn gaat stijgen. Bij het tijdstip 1,00 ms is de stroom hoog genoeg om de injectornaald van zijn zitting te lichten; de injector opent en de brandstof wordt ingespoten. De injector wordt daarbij nog steeds aangestuurd.
Op het tijdstip 2.4 ms stopt de aansturing door de ECU. De rode lijn stijgt naar 52 volt. Dit is de inductie die plaatsvindt doordat de spoel geladen is. Vanaf dat punt nemen zowel de spanning als de stroom af. Bij het tijdstip 3,00 ms is een hobbeltje te zien in het spanningsbeeld. Op dit punt sluit de injectornaald. Hierbij is de inspuiting beëindigd.



In het scoopbeeld is dus de daadwerkelijke injectietijd terug te zien. De injectie start en eindigt dus niet tussen 0,00 en 2,4 ms, maar tussen 1,00 en 3,00 ms. Dat heeft te maken met de massatraagheid van de injectienaald. Dit is een mechanisch onderdeel, waarbij de naald tegen de veerkracht in bewogen moet worden. Bij het sluiten duurt het ook 0,6 ms voordat de injectornaald door de veer weer terug op zijn zitting gedrukt is.
Met behulp van dit scoopbeeld kan herkend worden of dat de injector nog opent en sluit. Bij een ernstig vervuilde of defecte injector zijn er geen hobbels in het spannings- en stroomsignaal te zien. Als deze twee punten vlak zijn is de aansturing wel in orde, maar vindt er geen mechanische beweging van de injectornaald plaats. Daarmee kan dus worden uitgesloten dat de aansturing of de bedrading defect is en kan men zich concentreren op de injector.

In het onderstaande scoopbeeld zijn vier injectorbeelden onder elkaar weergeven. Het rode injectorbeeld is van cilinder 1, de gele van cilinder 2, de groene van cilinder 3 en de blauwe van cilinder 4. Door deze onder elkaar te plaatsen is de ontstekingsvolgorde van een viercilinder motor (1-3-4-2) te zien.





Scoopbeeld van een injector van een common-rail dieselmotor:
In het onderstaande scoopbeeld zijn het spanning- en stroomverloop van een injector van een common-rail dieselmotor te zien. Er vinden twee inspuitingen achter elkaar plaats, namelijk de voorinspuiting en de hoofdinspuiting.
Bij het inschakelen van de injector (bij de voorinspuiting) wordt deze heel kort met een spanning van 70 volt aangestuurd. De hoge spanning kan worden bereikt dankzij een condensator in de ECU. Er loopt op dat moment een stroom die oploopt tot 20 ampère. Met deze hoge spanning en hoge stroom wordt de injectornaald zeer snel geopend. Vervolgens wordt de spanning begrenst en op 14 volt gehouden. De stroom wordt daarbij maximaal 12 ampère. Dat is voldoende om de injectornaald open te houden. De spanning- en stroombegrenzing is nodig om de warmteontwikkeling in de spoel zo laag mogelijk te houden. De aansturing stopt op het tijdstip 1,00 ms. De injectornaald sluit. Daarmee is de voorinspuiting beëindigd.
Op het tijdstip 4,3 ms vindt de hoofdinspuiting plaats. De spanning loopt daarbij opnieuw op tot 65 volt en er gaat weer een stroom lopen die oploopt tot 20 ampère. De inspuiting begint.
Vervolgens vindt er weer een spanning- en stroombegrenzing plaats tussen 4,60 en 5,1 ms. Hierbij wordt de injectornaald open gehouden. De hoeveelheid ingespoten brandstof kan geregeld worden door de injector langer aan te sturen.





Scoopbeeld van een bobine:
Als voorbeeld nemen we een ontstekingssignaal. De plus (meetkabel A) wordt aangesloten op de aanstuurdraad (op de stekker) van de bobine. De massa (zwarte aansluiting in het midden) wordt aangesloten op een massapunt van de auto. De motor kan gestart worden, waarop het scoopsignaal gaat lopen. Nu is het de kunst om de juiste tijd- en spanningsinstellingen te vinden. Dit kan ook met de knop "Auto". De scoop zoekt dan zelf een goed beeld. Dat lukt echter niet altijd, dus het is handig om zelf handmatig de scoop in te kunnen stellen.
Hieronder wordt het ontstekingssignaal afgebeeld. Het linker beeld is van een stationair draaiende motor en het rechter beeld is van de zelfde motor maar dan met een hoger toerental. Je ziet dat het signaal hetzelfde blijft, maar dat de tijd tussen de signalen steeds kleiner wordt.

Er kan zo per bobine gekeken worden of het signaal het zelfde is en of de signalen elkaar netjes opvolgen. Wanneer er een defect aan de bobine is, kan dit in het scoopbeeld worden gezien. Het linker signaal wordt hieronder uitvergroot.


(Afb. Links: stationair draaiende motor. Rechts: dezelfde motor met een hoger toerental).
 


(Afb. van de ontsteking uitvergroot).

In de bovenstaande afbeelding is te zien wat er allemaal af te lezen is van een bobinesignaal. Er zijn nu 2 signalen na elkaar. Onder het hokje bij "B" staat een zwarte streep. Dat is de nullijn. Vanaf daar begint de spanning omhoog te lopen. Bij zowel de kanalen A als B is de spanning ingesteld op 20 V per divisie. Dat wil zeggen, elk hokje is 20 Volt. Omdat de lijn iets hoger als de helft van 1 hokje is, kan de spanning op 14 volt geschat worden. Om dat exact te weten, kun je er voor kiezen om bijv. 5 V per divisie in te stellen. Je zoomt dan erg ver in op het signaal. De rest valt dan weg, maar het deel wat je wilt weten is dan zichtbaar. Dat betreft de voltage op de Y-as.

Op de X-as (de horizontale) staat een tijd van 5ms (5 milliseconden) per divisie ingesteld. Elk hokje is hier 5ms, dus van het begin van het eerste signaal naar het begin van het 2e signaal, is 7 hokjes. Vermenigvuldigd met 5 maakt 35ms. Dus na elke 35ms komt er een nieuwe vonk van de bougie.

 

Scoopbeeld van een afstandbediening:
Dit is een signaal van een radiografische afstandbediening, welke met een speciale ontvanger omgezet is naar een blokspanning. Het afgebeelde signaal is eigenlijk de code die de afstandbediening naar de auto verzend. De scope is ingesteld op 1 Volt per divisie. In totaal is het signaal 4,5 hokjes hoog, dus 4,5 volt (dat is dus de spanning van de batterij). De blokspanning (in de horizontale richting) maakt de code.





 











Scoopbeeld van het nadenderen van een relais:
Dit signaal is afkomstig van een relais. Bij het trigger-teken stijgt de spanning tot iets onder de 6,5 volt. In het begin is een lichte schommeling in de spanning te zien. Dit is het nadenderen van het "schakelarmpje" in het relais. Doordat dit een mechanisch onderdeel is dat beweegt, heeft het een bepaalde massatraagheid. Deze massatraagheid zorgt ervoor dat het armpje van het relais niet gelijk stil staat en iets natrilt. Dit is te zien in het scoopbeeld.




Scoopbeeld van het inschakelen van een lamp:
Wanneer een verbruiker plotseling ingeschakeld wordt, ontstaat er een inductiespanning. Componenten die daar niet tegen kunnen (zoals een regeleenheid) wordt beschermd met condensatoren en zenerdiodes. Bij een lamp is dat echter niet nodig en is de inductie gewoon aanwezig. Dat is in dit scoopbeeld goed te zien. De inductie is duidelijk te zien op het moment wanneer de lamp ingeschakeld wordt. De inductie heeft een piek van 10 Volt. Daarna vlakt de spanning af naar 4 Volt. Na iets meer dan 600ms schakelt de lamp weer uit.




Scoopbeeld van een pingelsensor:
Wanneer de motor de neiging krijgt om te gaan detoneren (pingelen) geeft de pingelsensor een signaal naar de ECU om het ontstekingstijdstip te verlaten. Het signaal ziet er uit als op de afbeelding hieronder.














Dit signaal kan gecontroleerd worden als er twijfel is of de pingelsensor nog werkt. Wanneer deze bij montage veel te vast is gezet (een pingelsensor moet altijd met de juiste kracht vastgezet worden), of als de sensor is gevallen, kan het zijn dat het signaal niet meer aanwezig is. Het piëzo-element is defect en er wordt dan geen spanningssignaal meer gemaakt. Door een meting met een oscilloscoop wordt dit snel duidelijk.

Zie ook de pagina's Meetinstrumenten, Meten met de multimeter en Breakout box.
Er kunnen ook metingen aan de CAN bus verricht worden. Zie daar voor de pagina Meten aan het CAN bussysteem.