Самодельные датчики для осциллографа

Вот и решился в новом году на расширение своего оборудования для диагностики. Теперь я разжился USB осциллографом DISCO 2.

Для чего он нужен?
Для полной диагностики самих датчиков и систем зажигания. Ведь не всегда ЭБУ бьет тревогу и пишет ошибку, что датчик не работает должным образом.
Личный пример — Катушки зажигания
По ссылке запись в БЖ о том, как у меня накрылась катушка зажигания и в результате машина троила и не ехала. Ошибок в ЭБУ небыло и диагностика ничего не показывала.
А ведь решить эту проблему теперь можно за пару секунд, просто поднеся осциллограф к катушке, или ВВ проводам.
Кстати для более точной диагностики и получения осциллограмм с ВВ были заказаны два емкостных датчика:

Я уверен, что большинство так и не понимает до конца для чего используется все это электронное изобилие :)
Тогда вот Вам пример:

В конечном итоге, имея адаптер для диагностики, а также этот осциллограф я смогу легко проверить работу датчиков и системы зажигания. Ведь, повторюсь, сам ЭБУ не выдаст Вам ошибку, даже когда ДПКВ выдает неверный сигнал, а в катушке имеется межвитковое замыкание.

По мере работы с машиной/машинами, я постараюсь выложить осциллограммы двигателей ЗМЗ/УМЗ, где будут как примеры рабочих элементов, так и не рабочих.

Осциллограф для начинающих. Датчики и пробники

Не думал писать об этом, но в период обсуждения темы у человека возник вопрос:

« А будет ли мой осциллограф работать с таким датчиком?» Не знаю, что меня больше озадачило, вопрос или ответ на него, или реакция задавшего вопрос после получения ответа.

Пробник — некое устройство позволяющее определять наличие или отсутствие электрического сигнала (Иногда возможно сравнить сигналы)

Датчик — устройство позволяющее фиксировать различные не электрические процессы, преобразовывать их в электрические сигналы для дальнейшего использования и обработки в различных системах, для проведения измерений, отображения информации о процессе или с целью контроля и т.п.

Отсюда вывод: Датчик, регистрирующий любой процесс и преобразующий его в электрический сигнал, будет работать с любым осциллографом. Вопрос о том, какой сигнал, и способен ли его воспроизвести осциллограф, конечно же, актуален. Но поскольку речь шла о датчике, воспроизводящем процессы состояния механизмов двигателя, и преобразующего их в электрические сигналы, здесь можно с полной уверенностью сказать, что такой датчик будет работать с любым осциллографом. Вопрос в другом: — всякий ли осциллограф удобен для работы с ним.

А теперь вывод второй:— сказанное выше, позволяет владельцу прибора изготавливать различные датчики и пробники самостоятельно и применять их в работе. Причем применение их может быть весьма успешным и полезным. Но при этом:

— вести разговор о точности измерений

— а в отдельных случаях и об измерениях в целом

— а тем более производить сравнения (приборов, датчиков)

То, с чем мы сталкиваемся при диагностике систем и ДВС — это проверка наличия сигнала, характер его изменения во времени при различных режимах. Мы также можем провести измерения отдельных параметров сигнала, (но подчеркиваю — отдельных), с целью убедиться, находятся ли эти параметры в пределах допустимого диапазона.

Иными словами, это функции, относящиеся к сервису: проверка, настройка, регулировка, локализация неисправности. И все приборы, которыми мы пользуемся — будут сервисными. И возможности у них будут очень далеки от тех приборов, применяя которые можно говорить о точности измерений. Это же в полной мере относится и к датчикам. Важно не то, какой датчик использует автодиагност, важно понимание процессов. А если вы изготовили датчик самостоятельно, то вы должны понимать и то, как ваш датчик будет представлять фиксируемый процесс, как будет выглядеть сигнал от него. И соотнеся предполагаемый сигнал с возможностями осциллографа, вы уже должны представлять, что получите на экране.

Если вы это сможете — действуйте, все получится. Если же не знать, или иметь поверхностное представление о том, что написано в этом материале выше — ничего не получится. И итогом будет – осциллограф, заброшенный в «дальний угол» как бесполезный и малоприменимый прибор.

Я использую самодельные датчики, в материале даже есть осциллограммы снятые ими(см. помехи). Это один из пробников. Есть еще один. Он изготовлен из кварца, с резонансной частотой 8кГц. И если их применить в паре, то можно найти и источник помехи. И даже посмотреть, как она влияет на сигналы управления или сигналы датчиков. Только это нужно не всегда. Вот когда машина «загоняет диагноста в тупик», и когда проверка пошла по третьему кругу, когда понимаешь ЧТО, но не можешь найти ГДЕ. Вот тогда начинается РАССМОТРЕНИЕ и анализ процессов. Вот здесь я хочу еще раз подчеркнуть: — посмотреть сигнал и рассмотреть его — разные вещи. Все способы измерений осциллографом при автомобильной диагностике подразумевают именно «посмотреть». (См. «Как подают осциллограммы производители в мануалах и как это делают в нормальных книгах нормальных издательств»)

Что обращает на себя внимание на приведенных осциллограммах?

1. Пороговые значения напряжений

2. Данные развертки

3. Форма вид сигнала, количество импульсов во временном промежутке ( в одной клетке сетки. Это цена деления развертки)

4. Как изменяется форма сигнала: (см.п.3,) при изменении режима работы двигателя.

Вот данные, которые необходимы для того, чтобы человек, имеющий любой осциллограф, мог выставить необходимые значения и получить сигнал. А получив его, сравнить с тем, который приведен в описании. На фото №47 приведена осциллограмма для сравнения с той, которая приведена на рис.2 из книги издательства Легион-Автодата. Единственное несоответствие, которое вы можете заметить — это значение напряжения( у меня оно установлено 5В), в книге указано 10В. Сделал я это из соображения наглядности. При указанном в книге пороге напряжения я на своем экране увижу именно то, что на рисунке, но сигнал займет большую часть экрана и будет смотреться, ( с точки зрения наглядности) хуже. Указано также в книге, что «обороты ХХ». У меня явно не ХХ, обороты «гуляют», это видно по временным промежуткам работы клапана. Если сделать как в книге, то именно этот момент и «выйдет за экран». Клапан, кстати, исправен. К чему я это написал? А к тому, что неважно чем, неважно как, но если вы получили похожий сигнал — работайте с ним. И не играет роли — заводские датчики или пробники вы применяете или самодельные. Далее от вас зависит, как вы сможете детализировать рассмотрение, выполнить оценку.

Читайте также:  Пристройка к загородному дому фото

Это еще одна особенность автомобильного осциллографа — он позволяет соотносить один тот же сигнал в различных временных промежутках между собой, или сравнить полученный с образцом. И идеализировать возможности осциллографа при этом не нужно. Он воспроизводит всего лишь похожий сигнал. А значит, возможностей для «творчества» предостаточно. Но при этом утверждения типа: «датчик точный» «датчик лучше» — некорректны. Поэтому не даю фото своих пробников. И вторая причина:- я с большим уважением отношусь к тем, кто, если что- то делает, то делает это с душой. И если он сделал тот же датчик, то выглядит он у него достойно. Мои же изделия в большинстве своем изготавливались «на коленке», для временного применения(возникла необходимость — сделал). Какие-то из них получили долгую жизнь, и используются сейчас, но все равно имеют «бомжеватый вид». Но качество их работы меня устраивает.

Фото№73. Поясню, почему я говорю «пробник». Осциллограмма, общий вид . Здесь просто смотрю.

Фото №74.Здесь изменил развертку и масштаб. Сейчас уже можно догадаться, что это за сигнал.

Фото№75. Видна панель прибора, поэтому не повторяюсь, что уже сделал. Теперь сигнал вот так выглядит. Понимаю возможна критика… поэтому еще один шаг делаю

Фото №76. Вот так. Теперь желающие могут покритиковать мой самодельный пробник, -☺ …а пока критический материал готовится, поясню, что сделал на осциллограммах Фото № 73-76.

Имеем Тойоту Карину. Год рождения 1991. Неустойчивая работа двигателя, повышенный расход топлива. «Выходить» на такую машину со сканером, ИМХО – это проявить пренебрежение к автомобилю и неуважение к себе. Компрессометр, мультиметр, стробоскоп — более правильные приборы для диагностики данного авто.

Ну, а осциллограф при диагностике — это компромисс.

Проверяем систему зажигания. Действие первое: — вкл. осциллограф, подключен пробник к осциллографу. Действие второе:(фото №73) пробник подносится к корпусу трамблера в том месте, где в нем находится катушка. На экране имеем импульсную последовательность. Развертка и пороговое значение напряжения выставлено таким образом, чтобы можно было увидеть работу катушки в какой-то отрезок времени. Видим, что сигнал есть, он не пропадает, и нет явных искажений в процессе подачи искры на распределитель. Но есть отклонения амплитуды пробивного напряжения, и они значительны. Эта оценка проводится визуально по сетке.

Хорошо бы взглянуть ближе. Фото №74, здесь опять же( только визуально) сравнение идет уже не только амплитуд, но и времени горения искры(опять же по сетке), а также обращается внимание на характер горения искры. Он разный. Фото № 75- 76. Это укрупненное изображение сигнала. Это уже на любителя или когда надо подробнее рассмотреть(но случай не тот). А теперь итог того, что сделано:

1. Измерения были? НЕТ, не было.

2. А неисправность увидели? Да, даже на общей картине она видна.

3. Как определили, что есть проблема в системе зажигания? А просто, поднеся пробник к катушке, мы получили фактически « парад цилиндров» (только синхронизации нет и поэтому мы не знаем в каком конкретно.) Но делаем вывод на основе сравнения полученных сигналов между собой. Ведь логично предположить, что они должны быть максимально похожи. Не важно, на какой цилиндр идет искра. Дальше можно добавить: Если датчик поставить на корпус в том месте, где провод входит в крышку — картинка будет отличаться; если наложить его на грибок, за который вытаскивают наконечник свечи, опять же будут изменение в осциллограмме; если вести его по поверхности ВВ провода, место утечки, пробоя обнаруживается, или повышенного сопротивления. Но с последним сложнее, так как обгорание внутреннего проводника происходит либо в самом наконечнике, либо в месте изгиба. Сами же провода рвутся реже. Исключения могут составлять модели ДВС, где для того, чтобы добраться до свечного наконечника, необходимо что-то подразобрать или приподнять. В этих случаях попытка вытащить за сам провод заканчивается обрывом внутреннего проводника.

Описанный способ, не претендует ни на какой эксклюзив, но требует определенного опыта и навыков. К измерениям данный способ отношения не имеет, но может оказаться достаточно эффективным в определенных ситуациях. Только используя подобные способы, диагност должен учитывать: — любое сомнение при таком или подобном способе должно трактоваться в пользу неисправности.

Я приведу еще пример использования этого датчика, но уже на моторе Тойоты Камри V6. Здесь не повезло с расположением катушек. Можно и пострашнее пример найти, но для понимания и этого будет достаточно.

Фото№77.Вот осциллограмма. Неудобства есть: — нужен тот, у кого рука может добраться до нужного места и удержать датчик. Если рука все же не добирается, тогда нужно использовать, телескопический держатель, от магнита скажем, и хорошо если первое колено его имеет подвижность(пружина). И тогда осциллограмма получается.

Общий вид, просто смотрю. И этого уже вполне достаточно, чтобы понять, что до катушки придется добираться. И разбора не избежать. Вот и получается, что лень является двигателем идей. Эту же осциллограмму, но кусками покажу просто для понимания.

Читайте также:  Рубероид ркп 350 и рпп 300 отличия

Фото№78. Вырезки с одной и той же осциллограммы. На правом фото тот импульс, который выделен на фото№77 маркером «А». А верхняя осциллограмма-это импульс той же катушки, но в другой временной промежуток — для сравнения.

ИМХО — никогда не прибегайте к сравнению самодельных устройств и изготовленными в заводских условиях по соответствующим технологиям. Ваше изделие может работать вполне корректно и вполне отвечать и решению задач и условиям применения. Только в эйфорию от этого впадать не нужно.

МАРКИН Александр Васильевич

Таврово мкр 2, пер. Парковый 29Б

© 1999 – 2010 Легион-Автодата

Датчик состоит из держателя, емкостной пластины, которая гальванически соединена с сигнальным проводом, экранированного кабеля и соответствующего разъема для подключения датчика к входу регистрирующего оборудования.

Важно!
Экран кабеля датчика обязательно должен быть соединен с землей регистрирующего оборудования. Экран должен представлять собой плотную металлическую оплетку, вязанную крест на крест без просветов. Чем меньше длина участка сигнального провода кабеля без экрана – тем меньше будет электромагнитных наводок с соседних ВВ проводов.
Снятие формы вторичного напряжения датчиком основано на наличии паразитной емкостной связи, возникающей между токопроводящей жилой ВВ провода и емкостной пластиной датчика.

Из чего следует:

1. Сигнал на выходе датчика будет тем больше чем ближе емкостная пластина к токопроводящей жиле ВВ провода.

2. Влияние электромагнитных наводок с соседних ВВ проводов будет тем меньше чем меньше размер емкостной пластины и чем меньше не экранированный участок сигнального провода.

3. Величина паразитной емкостной связи всегда зависит от ВВ провода (толщины токопроводящей жилы, толщины и диэлектрической проницаемости изоляции) из чего следует, что величина сигнала на выходе датчика будет разной для одного и того же истинного значения вторичного напряжения, т.е. не возможно однозначно установить соответствие 1 В на выходе датчика – 10 КВ во вторичной цепи.

4. Емкостная связь представляет собой дифференцирующую цепочку (ФВЧ) пропускающую высокочастотные колебания (область пробоя), и не пропускающую низкочастотные колебания (область горения), т.е. форма вторичного напряжения на выходе датчика будет искажена.

Сд – емкость между токопроводящей жилой ВВ провода и емкостной пластиной датчика
Rвх – входное сопротивление регистрирующего оборудования
Свх – входная емкость не учитывается, так как она фактически в данном случае ни на что не влияет

На графике красного цвета изображен исходный сигнал (меандр 1 КГц, скважность 10%, амплитуда 1 В)
На графике синего цвета изображен сигнал, полученный на выходе дифференцирующей цепочки


Сигнал с выхода датчика без использования компенсационной емкости

Для устранения искажения формы вторичного напряжения на выходе датчика, необходимо использовать дополнительную компенсационную емкость, которая с емкостью датчик-жила образует емкостной делитель:

Без учета входного сопротивления регистрирующего оборудования, коэффициент передачи емкостного делителя определяется следующим соотношением: Kп = Сд / (Сд + Ск). Как видно из соотношения, чем больше значение емкости Ск тем меньше будет значение напряжения на выходе емкостного делителя. Для идеального емкостного делителя без учета входного сопротивления регистрирующего оборудования Ск можно взять сколь угодно малое, при этом форма сигнала на выходе делителя в точности будет соответствовать форме сигнала на его входе.

При учете входного сопротивления соотношение для определения коэффициента передачи становится гораздо объемнее, но зависимость Kп от Ск остается той же. Входное сопротивление регистрирующего оборудования на прямую не влияет на Kп, оно определяет “степень вносимого искажения”.

При увеличении входного сопротивления искажения формы вторичного напряжения значительно уменьшаются. В большинстве случаев входное сопротивления практических все осциллографов используемых для автодиагностики находится в диапазоне 1 МОм, за исключением специализированных входов предназначенных исключительно для подключения ВВ датчиков. По этому при непосредственном подключении датчика к входу осциллографа (без специализированного адаптера) Rвх также можно принять за константу, и ограничится варьированием только Ск.

Примечание!
Подключение датчика к входу осциллографа просто через резистор 10 МОм приведет к увеличению входного сопротивления и соответственно уменьшению искажения формы вторичного напряжения, но при этом примерно в десять раз уменьшиться коэффициент передачи входного тракта канала. Для увеличения входного сопротивления без уменьшения коэффициента передачи необходимо использовать промежуточный буфер (повторитель – простейший адаптер) с высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением.
Для текущих Сд (точно не известно) и Rвх (обычно 1 МОм) значение Ск подбирается исходя из компромисса:
1. Чем меньше Ск тем больше амплитуда напряжения на выходе емкостного делителя
2. Чем больше Ск тем меньше степень искажения формы вторичного напряжения

Практически значение Ск возможно увеличивать до тех пор, пока “амплитуда” напряжения на выходе емкостного делителя будет достаточно выделяться на фоне шума.

Местоположение подключения Ск: в начале кабеля (ближе к емкостной пластине) или в конце кабеля (ближе к входу регистрирующего оборудования) – практически не влияет на форму и амплитуду сигнала с выхода датчика.

На графике красного цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика и Ск = 3.3 нФ подключенной на входе осциллографа, на графике синего цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика и Ск = 3.3 нФ подключенной непосредственно возле емкостной пластины. Как видно форма сигналов практически одинакова, а амплитуда различается в пределах разброса номинала используемых емкостей +/- 20%.

Примеры осциллограмм вторичного напряжения снятого одним и тем же датчиком с емкостной пластиной в виде круга диаметром

10 мм при разных значениях Ск, на стенде с DIS катушки 2112-3705010 (форма вторичного напряжения несколько отличается от привычной из-за разряда на открытом воздухе).

Читайте также:  Ремонт варочной панели siemens своими руками


Ск = 470 пФ. Область горения значительно проседает, но амплитуда пробоя достигает 5 Вольт.


Ск = 1.8 нФ. Область горения также значительно проседает, амплитуда пробоя уменьшилась до 2 Вольт.


Ск = 3.3 нФ. Область горения не много проседает, амплитуда пробоя уменьшилась до 1 Вольта.


Ск = 10 нФ. Область горения практически не проседает, но и амплитуда пробоя уменьшилась до 0.4 Вольт.

Как видно при Ск = 10 нФ форма вторичного напряжения практически не искажена, а шум довольно не значительный.

Для сравнения приведены осциллограммы вторичного напряжения снятые с одного и того же ВВ провода без использования адаптера и с использованием специализированного адаптера зажигания.

На графике красного цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика (Ск = 10 нФ) непосредственно подключенного к входу осциллографа. На графике синего цвета изображен сигнал, полученный с адаптера Постоловского, к которому подключен “родной” ВВ датчик Постоловского.

Как видно форма обеих сигналов практически совпадает, но с адаптера содержащего промежуточные усилители, сигнал имеет в 3 раза большую амплитуду.

Примечание!
Все адаптеры, использующие емкостные датчики искажают форму вторичного напряжения, но при высоком входном сопротивлении и достаточной Ск, вносимое искажение крайне не значительно.

Изготовление

В простейшем случае емкостной съемник это любой металлический предмет расположенный рядом с ВВ проводом, т.е. в роли емкостной пластины могут выступать зажим типа “крокодил”, фольга намотаня на ВВ провод, монетка и т.д.

Практически в качестве высоковольтного емкостного датчика рекомендуется использовать конструкцию, которая удовлетворяет следующим требованием:
1. Высокая степень защиты от пробоя
2. Малая подверженность электромагнитным наводкам от соседних ВВ проводов
3. Удобное конструктивное исполнение для быстрого подключения датчика к ВВ проводу

Примеры конструкции ВВ емкостных датчиков:


Жестяная пластинка 20×70 мм, выгибается, так что бы плотно прижиматься к ВВ проводу.


По сути, та же пластина только в изоляции.


ВВ датчик типа “прищепка”.


ВВ датчик аналогичный одной из конструкций Бош (поставляется по цене $7 / шт).

В качестве примера рассмотрим процесс изготовления ВВ датчика на основании выше приведенной конструкции компании Бош.

Для изготовления датчика необходимо:

1. Выше рассмотренная ручка ВВ датчика.

2. Экранированный кабель 1-3 м. Желательно использовать мягкий микрофонный кабель, так как при эксплуатации он намного удобнее жесткого коаксиального кабеля. Волновое сопротивление кабеля 50 или 75 Ом, значения не имеет, так как все исследуемые сигналы находятся в области низких частот.

3. Разъемы для подключения датчика к осциллографу или адаптеру зажигания BNC-FJ / BNCP / FC-022 Переходник гнездо F / BNC под F-ку (разъем один и тот же только у разных производителей / продавцов он по-разному называется).

BNC-M / FC-001 / RG58 / F разъем

Примечание!
При покупке F разъема и кабеля обращайте внимание на соответствие диаметра кабеля к диметру разъема для накрутки на кабель, иначе либо придется срезать часть изоляции кабеля для уменьшения его диаметра, либо наматывать ленту на кабель для увеличения его диаметра.
4. Сальник / гермоввод / кабельный ввод PG-7 с дюймовой резьбой

5. Емкостная пластина “пятачок” диаметром 9-10 мм

“Пятачок” возможно либо вырезать из жести, либо использовать специальный пробойник (лучше всего использовать пробойник на 8 мм, после развальцовки получится “пятачок” диаметром чуть больше 9 мм):

Также в качестве “пяточка” возможно, использовать подходящие по диаметру канцелярские кнопки.

6. Компенсационная емкость – не полярный (лучше керамический) конденсатор номиналом от 2.2 нФ до 10 нФ на напряжение 50 Вольт (если использовать конденсатор на 1 КВ то в случае пробоя ВВ провода он все равно сгорит). Возможно использовать как выводные конденсаторы так и планарные в корпусе 1206 или 0805.

1. Удалить изоляцию с экранированного кабеля до оплетки, на участке 12-13 мм. Часть оплетки под снятой изоляцией вывернуть наружу и равномерно расположить вдоль кабеля. С сигнального провода снять изоляцию на участке 10-11 мм и залудить его.

2. Накрутить на кабель F разъем, так что бы он плотно держался на кабеле и хорошо контактировал с частью вывернутой оплетки. При этом сигнальный провод должен выступать на достаточную длину из F разъема для надежного контакта с центральным стержнем разъема BNC-FJ.

3. Накрутить разъем BNC-FJ на F разъем. После чего проверить наличие контакта (прозвонить тестером) между сигнальным проводом и центральным стержнем разъема BNC-FJ, между оплеткой кабеля и экраном разъема BNC-FJ и отсутствие контакта между сигнальным проводом и оплеткой кабеля.

4. Если есть сальник PG-7 то предварительно надеть его на кабель открутив с него гайку.

5. Удалить изоляцию и оплетку с противоположного конца кабеля, на участке 3-5 мм. С сигнального провода снять изоляцию на участке 2-3 мм. Припаять к залуженному сигнальному проводу емкостную пластину.

При необходимости припаять компенсационную емкость между сигнальным проводом и оплеткой.

6. Обмотать участок сигнального провода и припаеную компенсационную емкость изолентой, так что бы емкостная пластина не болталась и была поджата краем изоленты. После чего емкостную пластину обильно смазывать солидолом.

Солидол “улучшает” диэлектрическую проницаемость и устраняет скачки области горения.

На графике красного цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика (Ск = 3.3 нФ) без солидола. На графике синего цвета изображен сигнал, полученный с ВВ датчика (Ск = 3.3 нФ) с использованием солидола. Без использования солидола область горения иногда “подскакивает” на 20-30%.

7. Надеть ручку ВВ датчика так, что бы емкостная пластина упиралась в дно колпачка датчика. После чего зажать кабель либо с помощью сальника PG-7 либо закрепить изолентой (при этом с датчиком нужно обращаться крайне осторожно, что бы случайно не вырвать кабель из ручки датчика).

В результате должен получится высоковольтный емкостной датчик, который возможно непосредственно подключать к одному из аналоговых (с наличием Ск) или к логическому (без Ск) входов осциллографа.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector