El osciloscopio en el ramo automotriz

www.tutallermecanico.com.mx

Herramientas, instrumentos y equipos

Clave de referencia: HE11-01México, mayo de 2011

¿Qué es y para qué nos sirve el osciloscopio?

Leopoldo Parra Reynada

Este es el primero de una serie de cinco artículos publicados en el Boletín Tu Taller Mecánico, el cual se distribuye de manera gratuita por correo electrónico, entre sus miles de suscriptores de diversos países de habla hispana.

Como el osciloscopio se utiliza cada vez más en el taller, y llegará el momento en que sea indispensable (como ocurrió con el multímetro y posteriormente con el escáner), en Tu Taller Mecánico queremos contribuir a la formación del sector y a la vez ofrecer un conjunto de soluciones que resulten adecuadas a cada necesidad y presupuesto.

Los artículos de que consta la serie sobre osciloscopios, son:

1. ¿Qué es y para qué nos sirve el osciloscopio?

2. ¿Cómo seleccionar un osciloscopio para el trabajo automotriz?

3. Manejo del los controles del osciloscopio.

4. Aplicaciones prácticas del osciloscopio automotriz.

5. El manejo del osciloscopio para PC.

Multímetros y osciloscopios

Para nadie es un secreto que los cir-cuitos electrónicos se han apodera-do del mundo. Aparatos que hasta hace poco funcionaban mediante principios totalmente electromecá-nicos (como refrigeradores, cafete-ras, ventiladores, acondicionadores de aire, etc.), han integrado comple-jos sistemas de control que permi-ten utilizar más eficientemente la energía, crear dispositivos más pre-

cisos y económicos, mantener las condiciones de operación más esta-bles, etc.

Por supuesto, el automóvil no podía permanecer ajeno a esta ten-dencia, y todos sabemos de la cre-ciente aplicación de circuitos y sis-temas electrónicos, ya sea para sus-tituir a los tradicionales sistemas de control mecánicos o para adicio-nar nuevas funciones. Esto, a su vez,

Descarga otros artículos gratuitamente

Boletín Tu Taller Mecánico es una publicación de distribución gratuita. Tu Taller Mecánico es un sello de Concepto Editorial RED.

Este artículo se publica bajo licencia Creative Commons de tipo ˝Reconocimiento - No comercial - Sin obra derivada˝. Se permite su copia y distribución libre por cualquier medio siempre que se mantenga el reconocimiento a Tu Taller Mecánico y a los autores de cada artículo o lección. No se autoriza el uso comercial de este documento ni modifi cación alguna. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0.

Herramientas, instrumentos y equipos02


se ha traducido en una mayor efi-ciencia en el uso del combustible, en mayor seguridad, confort, etc. Incluso los vehículos más modernos “desobedecen” órdenes contradic-torias del conductor para evitar co-lisiones. Y todo esto se ha logrado por la introducción de una o varias “computadoras” en los sistemas del

vehículo, que controlan con exacti-tud todos sus aspectos funcionales y que son capaces de detectar pro-blemas incluso antes de que éstos se manifiesten. Figura 1.

Pero esta creciente aplicación de los circuitos electrónicos en los automóviles, tomó por sorpresa a los mecánicos tradicionales, que es-

taban acostumbrados a diagnosti-car las unidades basándose en la intuición y utilizando únicamente un juego de herramientas comunes, y a lo más un probador de corriente para detectar la existencia de vol-taje. No obstante, en la actualidad un especialista que no se prepare, que no cuente con herramientas e

Electrónica en el automóvil

La autotrónica es una disciplina relativamente nueva, que surge como respuesta a la necesidad de gestionar más eficientemente a los motores de combustión interna, para el ahorro de combustible y el control de emisiones. Sin embargo, poco a poco se ha extendido a diversos ámbitos, como el frenado y la seguridad en general, el confort, etc.

Por ejemplo, las bolsas de aire pueden requerir una unidad de control específica.

Figura 1

Figura

s co

rtes

ía d

e Bosc

h

03


instrumentos especializados y con la información suficiente de los ve-hículos, simple y sencillamente no tiene futuro laboral.

La mayoría de nuestros lectores sabe que el primer instrumento electrónico que se “adoptó” en el taller mecánico, fue un aparato que hasta entonces era exclusivo de los

talleres de electrónica: el multíme-tro (figura 2).

Por entonces, las mediciones que se hacían podían resultarnos com-plicadas, pues de buenas a primeras tener que realizar diagnósticos con métodos más de carácter lógico que físico, tenía su grado de dificultad. No obstante, con el tiempo nos he-

mos acostumbrado al multímetro y ya es muy difícil encontrar algún taller en donde no se disponga de uno o de varios de estos instrumen-tos de medición.

Pero como sabemos, el multíme-tro resulta insuficiente para reali-zar algunas de las mediciones nor-males en los automóviles modernos,

La base de la autotrónica es una arquitectura funcional que depende de tres tipos de elementos: computadora(s), sensores y actuadores.

Los sensores convierten los fenómenos físicos (rotación, temperatura, presión, etc.) en señales eléctricas, las cuales son recibidas e interpretadas por la computadora, que a su vez envía determinadas señales a los actuadores para que ejecuten tal o cual función; por ejemplo, el control de frenado en la modalidad ABS.



pues en ocasiones tenemos que ve-rificar el comportamiento de una línea a través de los cambios de vol-taje en el tiempo; esto es, a partir de puntos de medición donde no se tie-ne un voltaje fijo, sino que éste se mantiene variando según las condi-ciones de operación del vehículo.

En estos casos, ni siquiera el multímetro es capaz de brindarnos información suficiente, y es cuando entra en escena un equipo que nos permite un diagnóstico más preci-so: el osciloscopio (figura 3). De he-cho, la mayoría de lectores de los

artículos de Tu Taller Mecánico con quienes hemos hablado, saben que este aparato (cuyo aspecto para algunos resulta intimidante), co-mienza a ser indispensable para re-visar el funcionamiento de los cir-cuitos electrónicos y de los dispo-sitivos de los modernos vehículos. Pero no saben utilizarlo.

¿Qué es un osciloscopio, para qué sirve y cómo se puede aplicar en la reparación automotriz? Son temas que trataremos en esta serie de artículos.

Oscilogramas y señales eléctricas

Se llama “señal eléctrica” a cualquier línea por donde circule algún tipo de información en forma de varia-ciones de un voltaje o corriente; es-tas variaciones pueden ser de muy diversos tipos y formas, según sea la fuente o el destino de la misma. Por ejemplo, un termómetro elec-trónico envía una señal de tipo ana-lógico, mientras que un micropro-cesador común envía señales de tipo

Un multímetro nos permite conocer si hay voltaje o no en un componente y cuál es su valor; qué corriente circula por un cierto circuito; la resistencia de algún dispositivo; la impedancia entre dos puntos, etc. Característica Multímetro Osciloscopio

Medición de voltaje (AC-DC) * *

Medición de corriente (AC-DC) *

Medición de resistencia *

Medición de frecuencia Algunos *

Otras mediciones (diodos, Hfe, temperatura, etc.) *

Medición de ciclo de trabajo *

Medición de polaridad DC *

Medición de rizo en líneas de alimentación *

Medición de voltaje pico a pico *

Visualización de formas de onda *

Posibilidad de estudiar fenómenos transitorios *

Comparación de dos señales simultáneas Casi todos

Almacenamiento de mediciones Algunos Algunos

Análisis de señales digitales *

Portabilidad Muy alta Depende del modelo

PrecioBajo y medio,

dependiendo de las prestaciones

Medio y alto, dependiendo de las prestaciones

Multímetro Vs. OsciloscopioEn la práctica el multímetro y el osciloscopio son instrumentos complementarios, cada uno con sus aplicaciones específicas. Pero el hecho es que no le podemos pedir al multímetro lo que ofrece el osciloscopio.

Figura 2

Figura 3

05


digital (veremos qué es cada una más adelante).

En los siguientes ejemplos (y hay en muchos más en un automó-vil moderno), podremos cómo el instrumento que permite realizar mediciones complejas es el oscilos-copio.

Ejemplo 1Comencemos con un caso sencillo: el alto voltaje que llega hasta una de las bujías de un motor de com-bustión interna. Como sabemos, este voltaje sólo está presente por un instante a cada dos revoluciones del motor, en el momento justo en que debe producirse la chispa que en-cenderá la mezcla aire-combustible dentro del cilindro.

Por lo tanto, tenemos una señal muy parecida a la que vemos en la figura 4; esto es, hay grandes espa-cios “en blanco” y una señal que sólo aparece por un momento para pro-ducir la ignición. Además, esta señal no es fija, sino que la separación en-tre los pulsos varía según el motor esté más o menos acelerado, de ma-nera que si medimos el comporta-miento de dicha línea usando sola-

mente el multímetro, los resultados mostrados serían insuficientes, como si apenas viéramos un cuadro cada cierto tiempo de una película; es obvio que nos perderíamos de mu-chas escenas.

Sin embargo, si contamos con un aparato capaz de presentarnos el comportamiento de esta línea eléctrica con respecto al tiempo, entonces sí podríamos verificar el funcionamiento del motor de una manera más completa. Por ejemplo, podríamos observar cómo cambia la separación de los pulsos confor-me varía el número de RPM del mo-tor, etc.

Ejemplo 2Veamos otro caso: para medir la ve-locidad a la que gira el motor, nor-malmente en el eje del mismo se coloca un pequeño imán. También, de manera fija en algún punto del chasis, se coloca una bobina de modo que el imán pase muy cerca de ella; y esta bobina produce como salida un voltaje inducido con una forma de onda muy particular (figura 5).

Esta señal se procesa y filtra hasta obtener una señal cuadrada

equivalente, que es la que se envía hacia la computadora automotriz. Si la señal cuadrada no está presen-te, lo lógico es comprobar la exis-tencia de la señal de salida de la bo-bina. Pero ésta no se puede medir utilizando únicamente el multíme-tro; necesitamos de un aparato que nos pueda mostrar el voltaje de sa-lida de dicha bobina con una preci-sión de fracciones de segundo. Y es precisamente cuando el oscilosco-pio cobra importancia.

Ventajas del osciloscopio

La diferencia principal entre un multímetro y un osciloscopio, es que con este aparato se pueden obser-var las variaciones de un voltaje con respecto al tiempo; y para ello cuen-ta con un cursor que se desplaza horizontalmente a través de una pantalla de visualización, y lo hace tan rápida o tan lentamente como sea necesario para poder analizar adecuadamente una señal.

La señal se aplica al equipo y aparece como una variación en la altura del cursor, y finalmente va dejando tras de sí una estela que

Pulsos de ingición ( a bujías)

Motor a bajas RPM Motor acelerado

Figura 4

Figura 5



permite la visualización de tales variaciones (figura 6). Esto signifi-ca que, en vez de tomar una medida numérica de un voltaje (como sería

el caso del multímetro), éste se ex-pide como una forma de onda que puede ser estudiada en detalle, y así descubrir si hay alguna anormali-

dad que implique una falla mecáni-ca o electrónica.

Por lo anterior, un osciloscopio debe poseer un despliegue adecua-do, para que sea posible ver una buena porción de la señal que se esté analizando. Además, debe te-ner controles que nos permitan va-riar la velocidad de desplazamiento de la señal en el tiempo, para así poder estudiar señales muy rápidas (con frecuencia de varios miles de ciclos por segundo) o muy lentas (cambios que pueden tardar varios segundos en llevarse a cabo).

Además, para el caso de las se-ñales periódicas (que se repiten constantemente en el tiempo), se requiere de algún método para es-tabilizar la señal en pantalla, para

Figura 6

PortaScope 22, mini osciloscopio portátilEs un pequeño aparato de bajo costo, comparativamente con los equipos dedicados, pero que cubre la mayoría de necesidades en el taller mecánico. También cuenta con conexión a PC para grabar los archivos en la computadora.

Osciloscopio convencional para el banco de trabajo

Osciloscopio portátil

SuperScope 22, osciloscopio para PCEn el monitor de la computadora se despliegan los controles y las señales.La ventaja de este equipo es que permite grabar las señales para su posterior análisis y comparación, entre otras prestaciones.

Figura 7

07


poder observarla el tiempo necesa-rio para hacer mediciones. Todo esto hace que un osciloscopio típico ten-ga una gran cantidad de controles como perillas, botones y controles que pueden ser físicos o aparecer en pantalla, dependiendo del tipo de aparato (figura 7).

Veamos ahora cuáles son las me-diciones fundamentales que se pue-den llevar a cabo en una señal eléc-trica, a fin de contar con una base para las futuras explicaciones sobre los controles de un osciloscopio.

Figura 8

Figura 9

Vp+

Vp-

Vp-p

T(periodo)

Vpol

TL

TH

TH

Ciclo de trabajo = THTH + TL

Ciclo de trabajo = THTH + TL

TL

Ciclo de trabajoEn señales cuadradas, es la relación entre el tiempo que la señal está en nivel alto y el tiempo total del periodo de la señal, y se mide en porcentaje.Por ejemplo, en esta figura se muestran dos señales con distinto ciclo de trabajo; vea que en la primera el pulso en “alto” es delgado, mientras que en la segunda este pulso es mucho más ancho, mientras que la frecuencia de la señal es la misma en ambas. Evidentemente, la segunda tendrá un ciclo de trabajo mayor que la primera.

Voltaje pico (Vp)Es el valor máximo que alcanza la señal, y puede ser un voltaje positivo (Vp+) o negativo (Vp-).

Voltaje pico a pico (Vpp)Es la suma del valor pico positivo y el negativo; esto es, es el voltaje que hay entre el punto más alto y el más bajo de la señal.

Periodo (T)Es el tiempo transcurrido entre dos puntos idénticos de la señal. Con este valor se puede calcular la frecuencia de dicha señal, simplemente haciendo la operación 1/T.

Componente de CD o de polarización (Vpol)Hay ocasiones en que una señal está “montada” sobre un voltaje de DC; en tal caso, se puede medir este valor de DC por medio del osciloscopio, midiendo el voltaje entre la línea de referencia y el punto medio de la señal.

Características fundamentales de una señal eléctrica

Lo primero que debemos saber es cuáles son los parámetros impor-tantes en una señal eléctrica, para

poderlos buscar en el despliegue del osciloscopio. Como ejemplo toma-remos una señal senoidal típica (fi-gura 8), y la iremos modificando según sea necesario durante nues-tras explicaciones.

Precisamente, los valores o pa-



Libros de texto para escuelas técnicasLibros de texto para escuelas técnicas

www.tutallermecanico.com.mxAdquiérelos en: www.tutallermecanico.com.mxAdquiérelos en:

Desensamble y diagnóstico de motores

Reparación del sistema de carga y arranque

Ajuste y reparación de motores a gasolina El sistema de

inyección electrónica y de control de emisiones

Sistema de encendido electrónico

Rep. del sistema de frenos convencionales y ABS

Los sistemas de dirección, suspensión y transmisión

Sist. de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica

rámetros principales que podemos medir en una señal periódica se muestran en la figura 9. Y no es ne-cesario que la señal en cuestión sea tan limpia y regular como la toma-mos de ejemplo; vea en la figura 10 una señal compleja que correspon-de a los pulsos de realimentación que genera un motor de pasos fun-cionando como actuador. Aún en

Figura 10

esta señal se pueden medir tanto los voltajes como los tiempos men-cionados.

Conclusiones

Como ha podido apreciar, el osci-loscopio ofrece una gran posibilidad de análisis de las señales electróni-cas que fluyen por un vehículo; y es

por ello que se está convirtiendo en otra de las herramientas que debe poseer todo taller mecánico moder-no.

En los siguientes artículos de esta serie, le mostraremos los deta-lles de cómo utilizar este instrumen-to y cómo aplicarlo para revisar el comportamiento de la computadora, de los sensores y los actuadores.

Revisa características en:


Los osciloscopios adecuados a tu presupuesto y a tus

necesidades


necesidades


necesidades

Completamente portátil y ligero, puede llevarlo en la bolsa de la camisa (105mm x 53mm x 8mm)Puede visualizar un canal a la vezPantalla a color LCD de 2.8 pulgadas, 320x240 pixeles

Almacenamiento de formas de onda en tarjetas MicroSDRazón de muestreo de 1Msps, con una resolución de 12 bitsComparación de la señal medida y una señal almacenada en memoriaFrecuencia máxima de entrada de 200KHzAlta sensitividad de entrada (hasta 10mV/Div en 19 escalas)

Para conectarse directamente a la PC a través de cable USBTamaño reducido para gran portabilidad: dimensiones (mm): 190 (l) x 100 (W) x35 (h), fácil de transportar.Hasta dos canales en pantalla simultáneamente, para comparación de señales en tiempo real.

Formas de onda visualizadas en el monitor de la PC.Alto rendimiento: 100 Msps de muestreo en tiempo real a 8 bits; ancho de banda de 40MHz.Para sistema operativo: Windows 98, Windows Me, Windows NT, Windows 2000, Windows XP y Vista.

Amplio rango de despliegue de tiempos (de 1uS/Div hasta 10S/Div en 22 escalas)Diversos marcadores para medición (voltaje, tiempo, frecuencia, etc.)Varios modos de disparoSeñal interna de auto-pruebaBatería recargable por USB

23 funciones de medida, pasa/no pasa de verificación. Forma de onda media, persistencia, intensidad, invertir, suma, resta, multiplicación, división, la trama XY.Opción de guardar forma de onda como: archivo de texto, archivo gráfico JPG/BMP, MS Excel. Las formas de onda se graban en la PC.

Incluyenvideo de manejo e

instructivoen español

SuperScope 22 Osciloscopio para PCSuperScope 22 Osciloscopio para PC

PortaScope 22 Osciloscopio ultra portátilPortaScope 22 Osciloscopio ultra portátil

Documents

El osciloscopio en el ramo automotriz