O objetivo dos conceitos abordados a seguir é o de destacar as principais características do osciloscópio automotivo, apresentar o multímetro gráfico e introduzir os dispositivos transdutores, os quais, associados ao osciloscópio ou ao multímetro gráfico, abrem novas e interessantes possibilidades de diagnóstico, como por exemplo, a realização de manutenção preditiva cuja principal característica é a de permitir antecipar-se à ocorrência de falha. Deve-se ter presente que a funcionalidade de ambos os instrumentos é mostrar, na sua tela, as ondas que representam o sinal presente na sua entrada e isto, ao longo do tempo.
- Osciloscópio automotivo de armazenamento, tipo DSO (DSO; do inglês Digital Storage Oscilloscope ou osciloscópio digital de armazenamento): Permite visualizar sinais de tensão ao longo do tempo e armazená-los para a posterior análise.
- Multímetro gráfico: Basicamente, é um multímetro automotivo convencional, exceto pela possibilidade de apresentar os valores medidos na forma de gráficos ao longo do tempo. Além da onda de tensão e a diferença do osciloscópio, o multímetro gráfico permite mostrar, ao longo do tempo, as outras características de um sinal como freqüência, ciclo de trabalho, largura de pulso e variação de resistência de dispositivos como motores e potenciômetros. Muitos osciloscópios automotivos possuem também, a opção de multímetro gráfico.
OSCILOSCÓPIO- DSO
A figura [1] mostra a tela típica de um osciloscópio do tipo DSO de dois canais, com as legendas e valores de parâmetros de medição. O exemplo mostra as ondas correspondentes aos canais A e B.
A linha vertical da tela representa a escala de ganho calibrada em V/div (volts por divisão) ou mV/div (milivolts por divisão).
A linha horizontal representa a escala de tempos (base de tempo), calibrada em mS/div (milissegundos por divisão) ou µS/div (microssegundos por divisão).
Cada canal possui uma linha de zero (zero do sinal) que pode ser movimentada verticalmente, através dos controles correspondentes.
Esta opção permite sobrepor os sinais para facilitar a análise, ou para obter uma boa visualização de sinais com valores positivos e negativos.
O ajuste do “disparo” estabelece o valor de tensão do sinal para o qual se inicia a visualização da onda a partir do canto esquerdo. Também, permite sincronizar a apresentação dos sinais na tela. O disparo pode ser dado por sinal externo, através de ponta de sincronismo ou pelo sinal de um dos canais. Os controles de ajuste do disparo permitem escolher o valor do sinal para o qual começa a visualização da onda e a borda do sinal, positiva (sinal aumentando) ou negativa (sinal diminuindo), que provocará o disparo.
SINCRONISMO
Nas situações em que as ondas visualizadas correspondem ao conjunto de cilindros, por exemplo, no modo de visualização “parade” (seqüência de eventos de ignição) da onda de ignição, é necessário relacionar cada parte da onda com o cilindro correspondente.
Para isto, os osciloscópios e multímetros gráficos possuem uma “entrada de disparo externa” para pinça indutiva que captura o sinal com relação ao qual se deseja sincronizar a onda apresentada na tela.
Assim, quando o sinal de sincronismo externo atinge o nível de disparo ajustado, a onda captada pela ponta de sinal começa a ser desenhada na tela até atingir o canto direito. Uma nova onda será visualizada somente quando o sinal de sincronismo externo atinja, novamente, o nível de disparo.
ACOPLAMENTO AC
Um tipo de sinal particular, entre os analógicos, é o sinal contínuo (DC) com oscilações, como mostrado na figura [2].
Este tipo de sinal pode ser visto como sendo um sinal de tensão (V) ou de corrente (A) contínua, com um valor médio ou componente DC, sobre o qual se sobrepõe um sinal alternado ou componente AC.
Estas considerações valem tanto para os sinais de tensão como para os de corrente. Para permitir a medição e visualização das componentes AC e DC, de forma adequada, a maioria dos multímetros e osciloscópios possui a opção de selecionar “acoplamento DC” ou “acoplamento AC”.
1. A figura [3] apresenta a onda de tensão de saída de um alternador em bom estado. A parte superior apresenta:
- Canal A: Tensão de saída do alternador com acoplamento DC
- Canal B: O mesmo sinal com acoplamento AC.
A escala de tensão (ganho) é a mesma para ambos os canais. Reparar na impossibilidade de realizar a análise da componente AC na onda do canal B, que não tem a amplitude necessária para uma análise conclusiva. Reparar que as ondulações da componente AC são pouco perceptíveis, devido ao fato que a tensão média (componente DC) é 14.7V e a componente AC, no caso de um alternador em bom estado de funcionamento, é da ordem 500 mV, como máximo.
Uma análise conclusiva precisa de uma melhor visualização das oscilações o que, em princípio, poderia obter-se aumentando o ganho. Mas, no caso de aumentar o ganho ao nível necessário, o resultado seria que a onda desapareceria da tela e não seria visualizada. A parte inferior da figura [3] mostra o sinal de tensão de um alternador trifásico, obtido com acoplamento AC e ganho suficiente para uma análise conclusiva. A regularidade aponta para um alternador em bom estado.
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
No que segue, serão apresentados alguns exemplos de aplicação com o único objetivo de salientar as características básicas dos instrumentos sem esgotar, portanto, todas as possibilidades de utilização. No diagnóstico automotivo o osciloscópio foi aplicado inicialmente ao sistema de ignição. Posteriormente, com o advento da eletrônica embarcada, passou a ser utilizado como instrumento de diagnóstico na totalidade dos sistemas eletrônicos.
Aplicado ao sistema de ignição, o osciloscópio permite diagnosticar falhas de combustão e determinar se a origem reside num defeito mecânico, no teor da mistura admitida ou no próprio sistema de ignição.
Para o diagnóstico de falhas de combustão, as características mais relevantes são as da figura [4].
O ponto [1] é a “tensão de pico” ou “tensão de disparo” (KVmax). O ponto [2] corresponde à “linha de centelha” definida por uma “tensão de centelha”, “tensão de faísca” ou “tensão de queima” (KVc, medida, aproximadamente, no ponto médio da linha) e por um “tempo de centelha” (tc).
O ponto [3] corresponde às oscilações produzidas pela dissipação da energia residual após o fim da centelha. O ponto [4] é a seção de permanência ou de carga da bobina.
Cabe ressaltar que as ondas de tensão e corrente do primário também podem ser utilizadas no diagnóstico de falhas. A seguir, as características relevantes da onda secundária a serem analisadas:
- Tensão de disparo (KVmax). Principalmente, para falhas resultantes de defeito no circuito elétrico do secundário.
- Linha de centelha ou de queima. As características analisadas são: Tensão da linha (KVc); tempo de duração da centelha (tc); pendente ou inclinação da linha de centelha. Para falhas resultantes de defeito mecânico (compressão) ou de composição da mistura.
- Oscilações residuais. Para defeitos na bobina ou no circuito de acionamento do primário.
- Seção de permanência. Para defeitos no circuito primário.
Nota: A onda apresentada corresponde a um sistema de ignição com distribuidor. Cabe salientar que, no caso de ignição estática (sem distribuidor) funcionando corretamente, as ondas de sistemas diferentes poderão apresentar variações em algumas das características apontadas. Por exemplo, ausência de oscilações residuais. Portanto, nesses casos, o recomendável é ter como referência ondas de sistemas similares funcionando corretamente.
1. Como exemplo de aplicação no diagnóstico do sistema de ignição, a figura [5] mostra a onda de tensão secundária durante um teste de aceleração rápida, no qual é possível identificar dois problemas:
- No cilindro #3. A tensão de disparo é comparativamente baixa e o tempo de centelha maior que o do resto. Esta situação leva à conclusão que a centelha está acontecendo fora da câmara de combustão: vela com trinca ou defeito na isolação do cabo. Neste caso, o severo aumento de pressão e temperatura dentro do cilindro provocado pela aceleração não afeta a tensão de disparo do cilindro #3. Possivelmente, na marcha lenta a tensão de disparo deste cilindro não é muito diferente da dos outros.
Geralmente, uma condição de baixa tensão de disparo durante o teste de aceleração e o aparecimento de falha de combustão sob carga aponta para problema fora da câmara de combustão.
Também, observar que a linha de centelha do cilindro #3, diferentemente da dos outros, não apresenta as oscilações características da turbulência dentro da câmara de combustão. O aumento da pressão e temperatura durante o teste de aceleração deveria provocar um aumento considerável da “turbulência” da linha de centelha, o que pode ser verificado nos outros cilindros. Por outro lado, o tempo de centelha é maior que o do resto.
2. Exemplo de aplicação na verificação da resposta de sonda Lambda. A figura [6] apresenta o sinal de um sensor de O2 de um sistema funcionando em malha fechada. No instante 1 é despejado um jato de propano através do filtro de ar. Reparar na imediata resposta do sensor com uma transição de pobre para rico, menor que 100 ms, característica esta, de um sensor em boas condições de funcionamento.
TRANSDUTORES PARA OSCILOSCÓPIO E MULTÍMETRO GRÁFICO
Basicamente, tanto o multímetro, na sua função voltímetro, como o osciloscópio e o multímetro gráfico, são instrumentos que medem tensão: o multímetro apresenta o valor medido no mostrador; o osciloscópio e o multímetro gráfico, na sua tela, na forma de uma onda graficada ao longo do tempo.
No entanto, nas últimas décadas foram desenvolvidos dispositivos transdutores que transformam outras variáveis físicas, como temperatura, pressão, vácuo e corrente, em variações de tensão, capazes de serem apresentadas na tela do osciloscópio ou de um multímetro gráfico, ou no mostrador do multímetro.
Reparar que os sensores presentes nos sistemas de eletrônica embarcada são, na realidade, transdutores que transformam as diversas grandezas físicas como rotação, temperatura, pressão de coletor, entre outras, em variações de tensão ou corrente, capazes de serem interpretadas pelas unidades de comando eletrônico, as quais somente conseguem processar sinais elétricos.
Este mesmo conceito se aplica ao osciloscópio, que só apresenta na tela variações de tensão presentes na sua entrada, capturadas com a ponta de “tensão”.
Portanto, se for desejado visualizar variações de pressão de coletor, por exemplo, deverá ser intercalado, entre o coletor e a entrada do osciloscópio, um dispositivo que transforme as variações de pressão em variações de tensão.
Como resultado, estes dispositivos têm aberto um amplo campo para o desenvolvimento de novas técnicas e procedimentos que auxiliam enormemente o diagnóstico de defeitos, entre as quais, como mencionado, a realização de manutenção preditiva, ou seja, avaliar a margem de segurança que resta antes do aparecimento de falha. Entre os transdutores mais relevantes para o diagnóstico automotivo se destacam:
- Pinças de alta e de baixa corrente;
- Pinça indutiva de alta tensão;
- Transdutor de pressão/vácuo;
- Transdutor de temperatura;
Na próxima edição serão apresentados exemplos de aplicação ao diagnóstico, da pinça de corrente e do transdutor de pressão e vácuo.