Funciones y aplicaciones del osciloscopio en automoción
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Osciloscopio:
Osciloscopio: es un aparato capaz de representar en una pantalla una imagen gráfica de señales eléctricas variables en el tiempo. El desplazamiento vertical sobre el eje Y representa el valor de tensión y X representa tiempo.
Funciones del osciloscopio:
-Canales de entrada: los canales de entrada determinan las señales que pueden visualizarse a la vez.
-Auto rango: permite el control automático de los rangos de tensión y base de tiempos.
-Selección de flanco: permite elegir en qué flanco se inicia la imagen desde el punto de disparo considerado.
Función trigger:
-Manual: podemos desplazar el punto de disparo a donde sea necesario, pero si seleccionamos un modo de disparo demasiado alto o bajo para la señal a visualizar, el osciloscopio no podrá representar dicha señal.
-Automático: realiza un barrido de la señal, aunque no exista un nivel de disparo adecuado, con lo que siempre tendremos una señal capturada en la pantalla.
Función smooth:
permite ajustar un filtro que elimina el ruido de formas de onda presentadas.
Señales más comunes:
señales continuas; señales alternas o senoidales; señales por variación de la amplitud (AM); señales por variación de la frecuencia (FM); señales cuadradas; señal de pulso; señal de onda compleja; señal de mando.
Señal continua
: este tipo de señal tiene como particularidad que no cambia de sentido, ni de amplitud en un intervalo de tiempo considerable. Batería.
Señal senoidal. Parámetros:
-Amplitud o tensión de pico: es el valor de tensión instantáneo para un determinado momento, es decir la altura o distancia que tenga la onda con respecto a la línea cero voltios.
-Onda: es la parte de la señal que corresponde a un ciclo completo.
-Frecuencia: representa el número de ciclos de la señal por unidad de tiempo, se mide en Hz. Que es el número de ciclos de la señal por unidad que se producen en un segundo.
-Periodo: es el tiempo que tarda la señal en completar un ciclo. La frecuencia F=1/T.
-Tensión RMS: representa el valor eficaz en corriente alterna, es el valor necesario para que al ser aplicada sobre una resistencia se genere un trabajo igual que su equivalente en corriente continua. V(rms)= Vmax/1,41
-Tensión pio-pico: es el valor comprendido entre el máximo y mínimo de la señal.
-Tensión instantánea: viene determinado por Vo=Vmax·SEN(Wt), siendo W= 2nF
-Señales que se basan en la variación de la amplitud: por ejemplo, la señal que produce el sensor de picado.
Señales cuadradas:
son generalmente de dos formas, bien por la señal que puede trasmitir un sensor por ejemplo Hall, o bien por aquellas señales RCO que se aplican a actuadores.
Señal RCO:
es una señal cuadrada de frecuencia fija y módulo variable, es decir el tiempo a 0V puede variar en cada ciclo. Son generadas por algunos sensores electrónicos o provocadas por las unidades de control o centralitas para regular la intensidad de alimentación ciertos consumidores.
Tiempo de activación de la bobina:
se puede medir en milisegundos o en tanto por ciento, el ciclo completo de ondas se le denomina factor de trabajo:
-Factor de trabajo positivo (PWM): indica que la activación del consumidor se realiza por positivo, tensión de batería.
-Factor de trabajo negativo (RCO): la activación se realiza cerrando a masa y la tensión es de 0 voltios.
Señal de pulso:
este tipo de señal se producen en electroválvulas, en la que se puede observar el todo o nada de funcionamiento.
Aplicaciones en automoción:
1.-Verificación del estado de la batería: se realiza cuando el motor está apagado y es comprobar el estado de la carga de la batería, para ello medimos la tensión del sistema.
2.-Caída de tensión en fase de arranque: utilizamos una base de tiempo, conectamos la punta positiva del osciloscopio en el borne positivo de la batería y el cable negativo a masa y encendemos el motor y visualizaremos la señal obtenida.
3.-Comprobación de conductores y contactos: cuando tenemos una alta resistencia entre conexiones a masa se producen problemas eléctricos, luces que se iluminan débilmente. Por lo cual es muy importante comprobar la calidad de los contactos, uniones, cableado de positivo y masas. No se debe medir en resistencia bajo tensión.
4.-Verificación del sistema de carga: se configura el osciloscopio de la siguiente manera en base de tiempo 1 ms7div y en base de tensión 5V/div. La punta roja la situamos en el terminal positivo del alternador y la punta negra en masa.
5.-Medición de la tensión de rizado:se realiza en el alternador y no en la batería ya que la batería puede actuar como condensador y absorber la tensión de corriente alterna. La punta roja se pone en el terminal BAT o posición del alternador, para cargar el sistema se enciende las luces delanteras, los limpiaparabrisas.
6.-Comprobación de la tensión de carga en TREND-PLOT: los componentes electrónicos se ven afectados por el calor, por lo cual necesitaremos una pinza amperimétrica.
7.-Verificación del sistema de arranque: primero verificaremos el consumo del motor de arranque, que utilizaremos una pinza amperimétrica. La intensidad de corriente que circula para alimentar al motor de arranque debe ser inferior a la indicada en las características de la batería. Si tenemos un consumo superior al nominal es porque existe alguna avería en el motor de arranque.
Alternadores
Se basa en el principio de un campo magnético que gira delante de un conductor fijo.
Rectificación de la onda alterna senoidal se realiza a través de diodos mediante:
-Un diodo obteniendo ondas variables continuas de solo el semiperiodo positivo.
-Cuatro diodos obteniendo ondas variables continuas, tanto de los semiperiodos positivos y negativos.
Estructura del alternador: Rotor
Eje de acero sobre el que se montan:
-Dos mitades de más o de ruedas polares, también llamados colectores de flujo, formado por dos discos de acero forjado de donde salen un número de polos en forma de almena. Uno se aloja en los huecos del otro consiguiendo polos intercalados.
-Un cilindro aislante termoestable donde se instala dos anillos rozantes, que se conectan mediante soldadura a la bobina inductora.
baterías
La batería es un componente esencial para el funcionamiento del vehículo, sus funciones principales son:
-Suministrar corriente al motor de arranque.
-Almacenar energía eléctrica mediante procesos electroquímicos, absorbiendo picos de tensión.
Características electrónicas de la batería:
-Tensión nominal 12voltios.
-Capacidad. En amperio-hora, es la cantidad de energía eléctrica que es capaz de almacenar.
-Corriente de arranque en frio o intensidad máxima de descarga. Por ejemplo 620 A, durante 30 segundos y con un voltaje final de 9V y Tª-18ºC.
-12 V/60 Ah/ 620 A EN.
Otros factores eléctricos:
-Resistencia interna de la batería. Suele ser de 0,05 Ω, se está bien y al 90-100% de carga. Es el indicador principal del estado de la batería, de tal manera que una batería en mal estado presenta un valor de resistencia más alto.
Tipos de batería:
-Baterías convencionales:
-Baterías de ácido-plomo con mantenimiento
-Baterías de ácido-plomo con bajo mantenimiento.
-Baterías sin mantenimiento.
-Baterías de ácido-calcio.
-Baterías de VRLA:
-Baterías de gel.
-Baterías con electrolito absorbido.
-Baterías Ión-lítio (hibridos)
Proceso de carga/descarga ácido-plomo:
-En la batería tenemos por un lado un electrolito que baña a las placas existentes. Este electrolito está formado por ácido sulfúrico y agua.
-Cuando la batería está cargada al 100%, la densidad del ácido sulfúrico es de 1,28 gr/cm3.
-En las placas negativas tenemos plomo (Pb) y en la positivas peróxido de plomo (PbO2)
-Cuando se produce una reacción de descarga en la batería al conectar entre sus bornes un consumidor o circuito, se establece el siguiente proceso químico:
2H2SO4 + Pb + PbO2 2PbSO4 + 2H2O + 2 e-
-El ácido sulfúrico se va a disociar en dos protones (H+) y ion sulfato SO4-- y dos electrones. El oxígeno e hidrógeno liberado se combinan para formar H2O.
-El ión sulfato va a reaccionar con el plomo de la placa negativa y va a formar sulfato de plomo PbSO4, y los dos electrones liberados por las moléculas de ácido sulfúrico van a pasar del borne negativo al positivo a través del circuito exterior.
-Si se conecta una lámpara a las placas(bornes) se produce el proceso de descarga. Los electrones van desde la placa negativa a la positiva (sentido real), la diferencia de voltaje desciende progresivamente y termina por apagarse la lámpara
Comprobación de la batería:
Para verificar el estado de carga y estado interno de la batería, podemos realizar una serie de comprobaciones y que son:
-Medición de la tensión en vacío de la batería. Con la llave de contacto desconectada, si el valor obtenido está por encima de los 12,6 V, se considera que la batería está cargada al 100%.
-Comprobación mediante ojo de buey, las baterías de bajo mantenimiento, o AGM, suelen llevar incorporados en su parte superior un ojo de buey. Consiste en un cilindro que en su parte superior incorpora un visor hacia el exterior y en su parte interior contiene una esfera que está diseñada con una densidad característica general de 1.23 g/cm³. De tal manera que cuando la densidad del electrolito es mayor que la esfera por colorimetría a través del visor un color verde que nos indica que estás cargada. Color negro batería está descargada. Color amarillo indica batería en mal estado.
-Comprobación mediante resistencia interna. Se sabe que a medida que la batería se va descargando, la resistencia interna aumenta. Mediante una indirecta, se puede calcular su valor y determinar si está en buen estado o no. Se toma como referencia que aquellas baterías que presenten un valor por encima de 0,5 ohmnios son baterías defectuosas.
- Comprobación mediante densímetro. El densímetro o hidrómetro es un instrumento de medida que está formado por una pipeta, una perilla en su parte superior que nos permite succionar el electrolito y una boya graduada en su interior. De tal manera que, al succionar electrolito, la boya se va a sumergir dependiendo de la densidad de este y por tanto del estado de carga. Se miden en los seis vasos de tal forma que cuando la densidad está en 1,28 g/cm3, la batería está al 100% de la carga y cuando presenta un 1,11 g/cm3, la batería está al 10% de la carga. Se considera que una batería está en mal estado cuando las lecturas de los diferentes vasos difieren en un valor igual o superior a 0,3 g/cm3. Para realizar la medición de manera correcta, se ha de considerar el valor de la Temperatura, de tal manera que cuando este no es de 25 º se ha de corregir según los valores que indica el fabricante. De esta manera por cada 5 unidades que sube la temperatura, tiene que sumarse 0,05 y si desciende se le resta el mismo valor. Se puede concluir que la batería disminuye su densidad al disminuir la temperatura.
Mantenimiento de la batería:
Existen dos tipos de mantenimiento: mantenimiento preventivo y mantenimiento correctivo.
-El mantenimiento preventivo lo realizamos de forma periódica, para evitar el deterioro o descarga de la batería.
-El mantenimiento correctivo, se realiza cuando la batería está descargada y sus condiciones no son la óptimas para dar servicio al sistema eléctrico del vehículo.
Baterias VRL
Las baterías de electrolito absorbido (VRLA) tienen un diseño que y construcción sellada que impiden la gasificación del electrolito, por los tanto puede ser colocada en cualquier posición.
Tipos de baterías VRLA:
-Baterías de gel: Funcionan con el mismo principio de funcionamiento que las baterías plomo-acido. Se añade un compuesto de silicona que provoca que el líquido se vuelva una masa. Los componentes del electrólito de estas baterías son idénticos a los de plomo-acido, la diferencia es que en lugar de tener electrolito en forma líquida lo tiene en forma gelatinizada (gel). Baterías completamente cerradas y libres de mantenimiento. Tienen mayor vida útil que las baterías AGM.
-Baterías con electrolito absorbido (AGM). Funcionan con el mismo principio de funcionamiento que las baterías de gel. El electrólito de ácido sulfúrico y agua destilada esta absorbido a una malla de fibra de vidrio colocada entre las placas de plomo-calcio. Baterías completamente cerradas y libres de mantenimiento. No deben instalarse en el compartimento del motor.