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Clave de referencia: HE11-01 México, mayo de 2011
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.
Leopoldo Parra Reynada
¿Qué es y para qué nos sirve el osciloscopio? Multímetros y osciloscopios Para nadie es un secreto que los circuitos electrónicos se han apoderado del mundo. Aparatos que hasta hace poco funcionaban mediante principios totalmente electromecánicos (como refrigeradores, cafeteras, ventiladores, acondicionadores de aire, etc.), han integrado complejos sistemas de control que permiten utilizar más eficientemente la energía, crear dispositivos más pre-
cisos y económicos, mantener las condiciones de operación más estables, etc. Por supuesto, el automóvil no podía permanecer ajeno a esta tendencia, y todos sabemos de la creciente aplicación de circuitos y sistemas electrónicos, ya sea para sustituir a los tradicionales sistemas de control mecánicos o para adicionar 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 modificación alguna. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0.
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se ha traducido en una mayor eficiencia en el uso del combustible, en mayor seguridad, confort, etc. Incluso los vehículos más modernos “desobedecen” órdenes contradictorias del conductor para evitar colisiones. Y todo esto se ha logrado por la introducción de una o varias “computadoras” en los sistemas del Figura 1
vehículo, que controlan con exactitud todos sus aspectos funcionales y que son capaces de detectar problemas 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 diagnosticar 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 voltaje. 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.
Figuras cortesía de Bosch
Por ejemplo, las bolsas de aire pueden requerir una unidad de control específica.
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03 instrumentos especializados y con la información suficiente de los vehículos, 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 multímetro (figura 2). Por entonces, las mediciones que se hacían podían resultarnos complicadas, 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 instrumentos de medición. Pero como sabemos, el multímetro resulta insuficiente para realizar algunas de las mediciones normales en los automóviles modernos,
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.
La base de la autotrónica es una arquitectura funcional que depende de tres tipos de elementos: computadora(s), sensores y actuadores.
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pues en ocasiones tenemos que verificar el comportamiento de una línea a través de los cambios de voltaje en el tiempo; esto es, a partir de puntos de medición donde no se tiene un voltaje fijo, sino que éste se mantiene variando según las condiciones 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 preciso: el osciloscopio (figura 3). De hecho, la mayoría de lectores de los 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.
artículos de Tu Taller Mecánico con quienes hemos hablado, saben que este aparato (cuyo aspecto para algunos resulta intimidante), comienza a ser indispensable para revisar el funcionamiento de los circuitos electrónicos y de los dispositivos 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 variaciones de un voltaje o corriente; estas variaciones pueden ser de muy diversos tipos y formas, según sea la fuente o el destino de la misma. Por ejemplo, un termómetro electrónico envía una señal de tipo analógico, mientras que un microprocesador común envía señales de tipo
Figura 3 Multímetro Vs. Osciloscopio En 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. 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 Almacenamiento de mediciones
Casi todos Algunos
Análisis de señales digitales Portabilidad Precio
Figura 2 www.tutallermecanico.com.mx
Algunos *
Muy alta
Depende del modelo
Bajo y medio, dependiendo de las prestaciones
Medio y alto, dependiendo de las prestaciones
05 Figura 4
Pulsos de ingición ( a bujías)
Motor a bajas RPM
digital (veremos qué es cada una más adelante). En los siguientes ejemplos (y hay en muchos más en un automóvil moderno), podremos cómo el instrumento que permite realizar mediciones complejas es el osciloscopio. Ejemplo 1 Comencemos con un caso sencillo: el alto voltaje que llega hasta una de las bujías de un motor de combustión 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 encenderá 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 espacios “en blanco” y una señal que sólo aparece por un momento para producir la ignición. Además, esta señal no es fija, sino que la separación entre los pulsos varía según el motor esté más o menos acelerado, de manera que si medimos el comportamiento de dicha línea usando sola-
Motor acelerado
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 muchas 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 conforme varía el número de RPM del motor, etc. Ejemplo 2 Veamos otro caso: para medir la velocidad a la que gira el motor, normalmente 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 presente, lo lógico es comprobar la existencia de la señal de salida de la bobina. Pero ésta no se puede medir utilizando únicamente el multímetro; necesitamos de un aparato que nos pueda mostrar el voltaje de salida de dicha bobina con una precisión de fracciones de segundo. Y es precisamente cuando el osciloscopio cobra importancia.
Ventajas del osciloscopio La diferencia principal entre un multímetro y un osciloscopio, es que con este aparato se pueden observar las variaciones de un voltaje con respecto al tiempo; y para ello cuenta 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
Figura 5
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permite la visualización de tales variaciones (figura 6). Esto significa que, en vez de tomar una medida numérica de un voltaje (como sería
el caso del multímetro), éste se expide como una forma de onda que puede ser estudiada en detalle, y así descubrir si hay alguna anormali-
Figura 7 Osciloscopio convencional para el banco de trabajo
SuperScope 22, osciloscopio para PC En 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.
Osciloscopio portátil
PortaScope 22, mini osciloscopio portátil Es 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.
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dad que implique una falla mecánica o electrónica. Por lo anterior, un osciloscopio debe poseer un despliegue adecuado, para que sea posible ver una buena porción de la señal que se esté analizando. Además, debe tener controles que nos permitan variar 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 señales periódicas (que se repiten constantemente en el tiempo), se requiere de algún método para estabilizar la señal en pantalla, para
07 poder observarla el tiempo necesario para hacer mediciones. Todo esto hace que un osciloscopio típico tenga 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 mediciones fundamentales que se pueden llevar a cabo en una señal eléctrica, a fin de contar con una base para las futuras explicaciones sobre los controles de un osciloscopio.
Figura 8
Características fundamentales de una señal eléctrica Lo primero que debemos saber es cuáles son los parámetros importantes en una señal eléctrica, para
poderlos buscar en el despliegue del osciloscopio. Como ejemplo tomaremos una señal senoidal típica (figura 8), y la iremos modificando según sea necesario durante nuestras explicaciones. Precisamente, los valores o pa-
Figura 9
Vp+
Vpol Vp-
Voltaje pico (Vp) Es el valor máximo que alcanza la señal, y puede ser un voltaje positivo (Vp+) o negativo (Vp-).
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.
TH
Vp-p Ciclo de trabajo = TH TH + TL
TL
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.
T (periodo)
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.
TH
TL
Ciclo de trabajo = TH TH + TL
Ciclo de trabajo En 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.
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rámetros principales que podemos medir en una señal periódica se muestran en la figura 9. Y no es necesario que la señal en cuestión sea tan limpia y regular como la tomamos de ejemplo; vea en la figura 10 una señal compleja que corresponde a los pulsos de realimentación que genera un motor de pasos funcionando como actuador. Aún en
esta señal se pueden medir tanto los voltajes como los tiempos mencionados.
Conclusiones Como ha podido apreciar, el osciloscopio ofrece una gran posibilidad de análisis de las señales electrónicas que fluyen por un vehículo; y es
por ello que se está convirtiendo en otra de las herramientas que debe poseer todo taller mecánico moderno. En los siguientes artículos de esta serie, le mostraremos los detalles de cómo utilizar este instrumento y cómo aplicarlo para revisar el comportamiento de la computadora, de los sensores y los actuadores.
Figura 10
Libros de texto para escuelas técnicas Desensamble y diagnóstico de motores
Reparación del sistema de carga y arranque
Ajuste y reparación de motores a gasolina
Sist. de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica
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
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23 funciones de medida, pasa/no pasa de verificación.
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Alto rendimiento: 100 Msps de muestreo en tiempo real a 8 bits; ancho de banda de 40MHz.
Forma de onda media, persistencia, intensidad, invertir, suma, resta, multiplicación, división, la trama XY.
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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.
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Pantalla a color LCD de 2.8 pulgadas, 320x240 pixeles
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Incluyen video de manejo e instructivo en español
Frecuencia máxima de entrada de 200KHz
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 disparo Señal interna de auto-prueba Batería recargable por USB
Alta sensitividad de entrada (hasta 10mV/Div en 19 escalas)
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