L`oscilloscopio

RIVISTA TECNICA DELL'AUTOMOBILE - Maggio 2002
L’oscilloscopio:
uno strumento misterioso
▲ di Giapaolo Riva
E’ senza dubbio
indispensabile
nelle procedure
di diagnosi,
anche se a volte
è mal utilizzato.
Scopriamo il suo
funzionamento
e descriviamo
alcune classiche
applicazioni.
La TecnoMotor
costruisce lo
strumento di
diagnosi
Amico 2000 che
oltre alle consuete
funzioni di
diagnosi seriale,
contiene anche
il multimetro e
l’oscilloscopio.
Lo schermo di
grandi dimensioni
facilità enormemente
la visualizzazione
dei segnali.
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Effettivamente questo tipo di approccio alla diagnoSono molti gli autoriparatori che tra le strumentaziosi è corretto ed indispensabile, ma non sempre risoni dell’officina annoverano anche l’oscilloscopio, ma
lutivo. Dunque l’oscilloscopio deve essere utilizzato
pochi lo sanno usare con competenza. Alcuni di
quando l’autodiagnosi non è in
loro si avvicinano a questo appagrado di rilevare l’anomalia o lo fa
recchio con diffidenza, convinti
in modo non corretto. Facciamo
che faccia perdere solo tempo.
degli esempi per capire meglio. Se
Non è così. In parecchi casi l’oscilIl sistema “OBD”
avete una vettura che fatica a parloscopio, se utilizzato correttaè un sistema
tire e la centralina vi segnala che il
mente, è l’unico attrezzo in grado
sensore di giri/PMS è in anomalia,
di rilevare malfunzionamenti altridiagnostico di
la prima operazione che viene normenti mai diagnosticabili. La magbordo per il
malmente effettuata è la sostitugior parte dei costruttori di struzione del sensore indicato come
menti elettronici dedicati alle ripacontrollo delle
non funzionante, senza averlo prerazioni automobilistiche sono conemissiono
ventivamente verificato. Accade a
centrati sullo sviluppo delle potenvolte che dopo la riparazione l’auzialità dell’autodiagnosi e cioè di
inquinanti
tomobile abbia ancora difficoltà
quella funzione che permette agli
nell’avviamento. Cosa fare per
strumenti stessi, di colloquiare con
risolvere il problema? Si potrebbe
le centraline di bordo per leggere
misurare la resistenza interna dell’avvolgimento del
gli errori memorizzati e verificare i parametri ingesensore se esso è del tipo ad induzione e nel caso
gneristici, che regolano il funzionamento del motore
risultasse corretta, non rimane altro che utilizzare
o più generalmente dei dispositivi elettronici.
Pagine di tecnica
l’oscilloscopio per verificare la conformità del
segnale generato.
Come tutti sappiamo
tale segnale è molto
simile ad un’onda sinusoidale, alla quale manca in un certo istante il classico andamento ondulatorio, generando in questo
modo il riferimento rispetto il PMS, utilizzato dalla
centralina per gestire l’istante di attuazione dell’accensione e dell’iniezione.
Collegandoci con l’oscilloscopio ai terminali elettrici del sensore visualizziamo questo segnale, potendo così verificare se all’atto dell’avviamento della
vettura il suo andamento è conforme alle specifiche
e cioè se l’ampiezza è sufficiente e se la forma è
corretta.
Sicuramente ci accorgeremmo immediatamente
che tale segnale non è idoneo, perché ad esempio
ha una ampiezza troppo limitata.
In questo caso è bene verificare il traferro e cioè la
distanza che ha il sensore rispetto i denti della ruota
fonica alla quale è affacciato.
Il problema potrebbe essere anche dovuto alla
insufficiente velocità di rotazione del motore durante la fase di avviamento.
In questo caso la ruota fonica passa davanti al sensore troppo lentamente o in modo non perfettamente ciclico (istanti in cui il motore si muove con
velocità sostenuta ed altri in cui tale velocità è rallentata), provocando la generazione di un segnale
non sufficientemente ampio o troppo irregolare per
poter essere correttamente riconosciuto dalla centralina.
Queste verifiche possono comunque essere fatte
solo con l’oscilloscopio e l’esempio citato è uno tra
le mille diagnosi descrivibili, che un professionista
ha sicuramente dovuto affrontare nella sua esperienza lavorativa.
In questa schermata
dell’oscilloscopio è rappresentato
un segnale rilevabile su un
primario di una bobina di
accensione. Lo strumento
ndica il valore di tensione
identificato dalle due “X” e
l’intervallo di tempo da esse
delimitato.
Questo è un segnale
di comando di un
iniettore. Si notano
sulla parte bassa dello
schermo le impostazioni
degli assi delle ascisse
(tempi) e delle ordinate
(tensione). Ogni divisione verticale vale 5V,
mentre ogni divisione
orizzontale vale 2
msec..
Ma concentriamoci ora sulle modalità d’uso fondamentali dello strumento oggetto del nostro disquisire.
Le tensioni elettriche generate dai sensori o inviate
dalla centralina verso gli attuatori per comandarli,
non è detto che siano continue nel tempo e cioè
non è sempre vero che il valore di tensione rimane
costante al trascorrere del tempo (come invece
accade ad esempio per la tensione di una batteria,
supponendo che la batteria stessa mantenga invariato il suo stato di carica).
Il segnale giri/PMS precedentemente citato è un
esempio molto chiaro. Esso infatti assume alternativamente valori variabili con continuità formando le
caratteristiche onde che ben conosciamo.
Così anche il segnale che la centralina invia ad un
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L’oscilloscopio: uno strumento misterioso
Con l’oscilloscopio integrato nello strumento di
diagnosi Amico 2000, è possibile visualizzare fino a
quattro differenti segnali. In questo caso vediamo
rappresentato quello generato dal sensore giri/PMS
(in alto) e quello per il comando di un iniettore.
Questo è il segnale
generato dal
sensore giri/PMS,
con il classico
riferimento del PMS,
opportunamente
ingrandito con l’opzione
di zoom presente nell’oscilloscopio
dello strumento di
diagnosi Amico 2000.
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iniettore è variabile nel tempo, oppure quello ad
onda quadra generato dai sensori ad effetto Hall o
il tipico duty cycle inviato alla elettrovalvola che
comanda il passaggio dei vapori di benzina dal
canister verso il collettore di aspirazione, utilizzato
in certe applicazioni anche per azionare alcuni tipi di
motorini impiegati nella regolazione automatica del
minimo.
L’oscilloscopio è uno strumento in grado di farci
vedere come evolve nel tempo una determinata
tensione per verificare se è corretta, proprio perché
è in grado di visualizzare il suo andamento.
Pensate di avere un foglio di carta sul quale avete
disegnato due assi perpendicolari tra loro.
Quello orizzontale (o detto delle ascisse) è gradua-
to per rappresentare il tempo, mentre quello verticale (o detto delle ordinate) è graduato per ospitare
i valori di tensione.
Provate a fissare un istante di tempo sull’asse delle
ascisse. Determinate su quello delle ordinate il corrispondente valore di tensione che il segnale possiede nell’istante stesso e disegnate il punto nel
piano (delimitato dagli assi), ottenuto incrociando
due rette perpendicolari che partono dall’istante e
dalla tensione che avete precedentemente individuato. Se fate questa operazione per tutti gli istanti
di tempo, unendo i vari punti riuscirete a disegnare
sul piano stesso (detto cartesiano) la forma d’onda
che state analizzando.
L’oscilloscopio esegue questa operazione in modo
automatico utilizzando uno schermo elettronico al
posto del foglio di carta e dei circuiti elettronici
specifici per ricevere il segnale da analizzare ed elaborarlo opportunamente al fine di rappresentarlo in
modo corretto.
Per prelevare la tensione dai terminali elettrici del
sensore, si usano due sonde con cavo inserito nell’ingresso specifico dello strumento.
Una sonda è normalmente collegata a massa e l’altra deve essere invece collegata al cavo sul quale
transita il segnale da prelevare.
Facciamo dei semplici esempi per capire bene ciò
che abbiamo fino ad ora detto. Se volete visualizzare la tensione generata dalla sonda lambda di tipo
ON OFF, bisogna collegarsi ai due fili che portano il
segnale in centralina (senza confonderli con quelli
che alimentano la resistenza di riscaldamento).
Uno di questi è il riferimento di massa e l’altro è
quello su cui “viaggia” il segnale. Identico discorso
Pagine di tecnica
In questo caso vediamo
rappresentato il segnale
generato da una sonda lambda.
Si noti come la scala dei tempi
e delle tensioni siano state
opportunamente impostate
(indicazioni nella parte bassa
dello schermo).
vale ad esempio per il sensore piezoelettrico della
detonazione. Anch’esso ha due fili ai quali bisogna
collegarsi con le sonde dell’oscilloscopio.
Ma vediamo ora come deve essere impostato lo
strumento per poterlo utilizzare correttamente.
Alcuni di questi oscilloscopi hanno la regolazione
della scala dei tempi (asse orizzontale) e delle tensioni (asse verticale), completamente automatica.
Se invece tale regolazione è manuale occorre scegliere i valori corretti per poter visualizzare il segnale sullo schermo in modo appropriato.
Con dei pulsanti o dei selettori, in funzione del
modello di strumento che si sta utilizzando, è possibile impostare il valore di ciascuna divisione sia per
l’asse delle ascisse che per quello delle ordinate.
Così se dobbiamo visualizzare un segnale che ha
un periodo di un secondo (e cioè che si ripete in
modo identico ogni secondo), imposteremo un
valore per ogni divisione dell’asse dei tempi di circa
0.2 secondi.
Questo vuol dire che tutto il periodo e cioè la parte
completa del segnale, verrà rappresentato su circa
cinque divisioni dell’asse.
E’ logico che cambiando l’impostazione del valore
di ciascuna divisione sarà possibile visualizzare il
segnale in modo più ampio sullo schermo, facendone però apparire una porzione piccola, o in modo
più compresso rappresentando un tratto più lungo.
Dunque in funzione di come vogliamo vedere l’andamento della tensione sull’oscilloscopio cambieremo l’impostazione delle divisioni dell’asse del
tempo.
Un analogo discorso può essere fatto per l’impostazione del valore delle divisioni dell’asse verticale
dei Volt (unità di misura delle tensioni).
Anche in questo caso se il segnale, tra tutti i valori
che assume nel tempo, ha quello massimo pari a 6
V, potremo impostare per ciascuna divisione la tensione di 2 V.
In questo caso sarà possibile osservare l’andamento della forma d’onda nel tempo su tre divisioni verticali. Se vorremo avere una visualizzazione più
ampia del segnale, occorrerà ad esempio impostare per ogni divisione il valore di 1 V.
L’andamento completo della tensione nel tempo
avverrà così su sei divisioni.
Anche in questo caso dunque l’operatore con la sua
esperienza può scegliere l’impostazione più appro-
Questi segnali
sono stati prelevati
sul potenziometro
farfalla e sul sensore
di pressione assoluta
nel collettore di
aspirazione. Si noti
come giustamente
ci sia una chiara
similitudine tra i due
andamenti.
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L’oscilloscopio: uno strumento misterioso
Il segnale generato
dal potenziometro
farfalla durante una
accelerazione, può
essere visualizzato
chiaramente dopo
aver impostato
correttamente la
cala dei tempi.
In questo caso
sono stati scelti 400
msec. per divisione.
priata delle scale in modo da rappresentare chiaramente e completamente la zona di interesse del
segnale che si vuole visualizzare.
E’ necessario osservare comunque che le operazioni fin qui descritte non sono complicate, come
potrebbero invece apparire.
Con qualche tentativo infatti si riesce a scegliere
il giusto valore delle divisioni per l’asse del tempo
e della tensione. Il trigger è un altro parametro di
fondamentale importanza che deve essere regolato sull’oscilloscopio.
Questa impostazione permette infatti di visualizzare il segnale in modo stabile sullo schermo, evitando che continui a cambiare posizione con la
conseguenza di renderlo praticamente illeggibile.
Il trigger o sincronismo stabilisce il punto dal
quale il segnale viene visualizzato.
Ad esempio se stiamo analizzando una sinusoide
questo punto potrebbe essere il valore zero che
viene raggiunto nel passaggio dalla semionda
negativa a quella positiva.
Esso verrà posizionato sulla parte sinistra dello
schermo e il segnale si svilupperà in modo ripetitivo e stabile potendolo così osservare ed analizzare chiaramente.
Il trigger può essere interno con attivazione automatica. In questo caso è l’oscilloscopio a decidere in quale punto del segnale iniziare la sua rappresentazione ripetitiva.
Può invece essere interno ma impostabile
manualmente. L’operatore può perciò scegliere il
punto sul segnale dal quale iniziare la visualizzazione, selezionando in questo modo sullo schermo la porzione di interesse.
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Può essere prelevato anche esternamente dall’oscilloscopio se il segnale che deve essere visualizzato necessità una sincronizzazione con un
particolare evento.
Ad esempio se volete visualizzare il segnale di
comando di un iniettore sincronizzato con quello
dell’accensione, si può prelevare tramite una
apposita sonda il comando della bobina ed utilizzarlo come trigger.
Negli oscilloscopi ci sono altre modalità di funzionamento, ma quelle che abbiamo descritto
sono sostanzialmente le più importanti e se imparerete ad utilizzarle correttamente, potrete iniziare ad operare con lo strumento durante le procedure di diagnosi, con competenza ed indubbi
benefici.
Si nota in questa
immagine
l’impostazione
manuale del trigger
sul fronte di discesa
del segnale, tramite
il cursore ad “X”.