Μέτρηση ευρυζωνικού αισθητήρα οξυγόνου (Broadband)

Κατεβάστε τη μέτρηση

Πληροφορίες αισθητήρα

Τύπος: Ευρυζωνικός αισθητήρας οξυγόνου, ζιρκονίου
Παροχή ηλεκτρικού ρεύματος:12 V από το ρελέ του συστήματος
Τύπος σήματος: Κύτταρο άντλησης και κύτταρο μέτρησης: μεταβαλλόμενο πλάτος,
Θερμαντικό στοιχείο: κύκλος λειτουργίας με μεταγωγή
Στάθμη σήματος: Κύτταρο άντλησης: -9 mA (πλούσιο) έως 18 mA (φτωχό), κύτταρο μέτρησης: ~ 450 mV,
θερμαντικό στοιχείο: 0 V έως 12 V

Λειτουργία του ευρυζωνικού αισθητήρα οξυγόνου

Ο αισθητήρας λάμδα ευρείας ζώνης ή ευρυζωνικός είναι ένας αισθητήρας που μπορεί να μετρήσει την συγκέντρωση του οξυγόνου στα καυσαέρια. Ο ευρυζωνικός αισθητήρας οξυγόνου βασίζεται στο πρότυπο του αισθητήρα οξυγόνου ζιρκονίου με μία τροποποίηση για τη μέτρηση της πραγματικής συγκέντρωσης οξυγόνου, αντί μόνο να παράγει ένα σήμα για ένα πολύ πλούσιο ή πολύ φτωχό μίγμα. Το χαρακτηριστικό του είναι ότι μπορεί να μετρήσει αναλογία μίγματος πολύ πέραν της στοιχειομετρικής. Η εσωτερική κατασκευή του διαφέρει εντελώς από εκείνη του απλού αισθητήρα οξυγόνου ζιρκονίου, συνεπώς και ο τρόπος μέτρησης είναι διαφορετικός.

Σχηματική απεικόνιση του ευρυζωνικού αισθητήρα οξυγόνου

Σχήμα 1: Σχηματική απεικόνιση του ευρυζωνικού αισθητήρα οξυγόνου

Ο αισθητήρας αποτελείται από τρία τμήματα: το κύτταρο άντλησης, το θάλαμο μέτρησης και το κύτταρο μέτρησης. Το κάθε ένα από τα κύτταρα άντλησης και μέτρησης αποτελείται από μια πλάκα διοξειδίου του ζιρκονίου στην οποία εφαρμόζεται ένα λεπτό στρώμα λευκόχρυσου (πλατίνας) και στις δύο πλευρές. Όταν υπάρχει μια διαφορά συγκέντρωσης οξυγόνου μεταξύ των δύο πλευρών, δημιουργείται μία διαφορά τάσης μεταξύ των δύο πλακών από πλατίνα. Αυτή η διαφορά τάσης εξαρτάται από τη διαφορά συγκέντρωσης οξυγόνου και είναι περίπου 450 mV για ένα ιδανικό μείγμα.

Το κύτταρο μέτρησης είναι σε επαφή με τον εξωτερικό αέρα από τη μία πλευρά και με το θάλαμο μέτρησης από την άλλη. Απέναντι από το κύτταρο μέτρησης, τοποθετείται ένα κύτταρο άντλησης το οποίο μπορεί να αντλήσει το οξυγόνο μέσα ή έξω από τον θάλαμο μέτρησης μέσω ενός ηλεκτρικού ρεύματος. Μια μικρή ποσότητα καυσαερίων μπορεί να ρέει μέσα στον θάλαμο μέτρησης μέσω ενός μικρού καναλιού παροχέτευσης. Αυτό μπορεί να αλλάξει τη συγκέντρωση οξυγόνου στο θάλαμο μέτρησης, αλλάζοντας την τάση του κυττάρου μέτρησης από την ιδανική τιμή των 450 mV. Για να επαναφέρει στη συνέχεια την τιμή του κυττάρου μέτρησης πίσω στα 450 mV, ο εγκέφαλος στέλνει ένα ρεύμα μέσω του κυττάρου άντλησης. Ανάλογα με την κατεύθυνση και την ποσότητα του ρεύματος, τα ιόντα οξυγόνου μπορεί να αντληθούν μέσα ή έξω από το θάλαμο μέτρησης για να επανέλθει η τάση του κυττάρου μέτρησης στα 450 mV.

Όταν καίγεται ένα πλούσιο μίγμα, τα καυσαέρια περιέχουν λίγο οξυγόνο και μέσω του κυττάρου άντλησης στέλνεται ένα ρεύμα ώστε να αντληθεί περισσότερο οξυγόνο μέσα στο θάλαμο μέτρησης. Αντιστρόφως, όταν καίγεται ένα φτωχό μίγμα, τα καυσαέρια περιέχουν πολύ οξυγόνο και η ροή του ρεύματος μέσω του κυττάρου άντλησης αντιστρέφεται ώστε να αντληθεί οξυγόνο έξω από το θάλαμο μέτρησης. Ανάλογα με το μέγεθος και την κατεύθυνση του ρεύματος, αλλάζει και ο εγκέφαλος την ποσότητα του εγχεόμενου καυσίμου. Όταν καίγεται ένα ιδανικό μίγμα, δεν ρέει ρεύμα μέσα από το κύτταρο άντλησης και η ποσότητα του εγχεόμενου καυσίμου παραμένει αμετάβλητη.

Για βέλτιστη απόδοση, ο αισθητήρας πρέπει να έχει μια θερμοκρασία περίπου 750 °C. Ο αισθητήρας είναι εξοπλισμένος με μια αντίσταση PTC για ηλεκτρική θέρμανση, η οποία τροφοδοτείται από το ρελέ του συστήματος ή μερικές φορές από τον εγκέφαλο (ECU). Η αρνητική πλευρά της ρυθμιζόμενης θέρμανσης γειώνεται από την ECU (εγκέφαλο) με ένα μεταβαλλόμενο σήμα κύκλου λειτουργίας (Duty Cycle).

Σύνδεση του παλμογράφου εργαστηρίου

Η σωστή λειτουργία του ευρυζωνικού αισθητήρα οξυγόνου (Broadband) μπορεί να ελεγχθεί με τη μέτρηση των ακόλουθων τάσεων σήματος, βλέπε Εικόνα 1:

Κανάλι Λήπτης Τάση Εύρος
1 Red probe Θετική πλευρά του κυττάρου άντλησης 800 mV
Black probe Αρνητική πλευρά του κυττάρου άντλησης
2 Yellow probe Θετική πλευρά του κυττάρου μέτρησης 800 mV
Black probe Αρνητική πλευρά του κυττάρου μέτρησης
3 Green probe Θέρμανσης του αισθητήρα 20 V
Black probe Γείωση στη μπαταρία
Διάγραμμα μέτρησης
Σχήμα 2: Διάγραμμα μέτρησης
Μέτρηση σε ένα λειτουργικό ευρυζωνικό αισθητήρα οξυγόνου
Σχήμα 3: Μέτρηση σε ένα λειτουργικό ευρυζωνικό αισθητήρα οξυγόνου

Ο παλμογράφος συνδέεται στον ευρυζωνικό αισθητήρα οξυγόνου ζιρκονίου μέσω του Λήπτη μέτρησης TP-C1812B και των Δοκιμαστικής Ακίδας TP-BP85. Ο παλμογράφος εργαστηρίου έχει ρυθμιστεί σε λειτουργία καταγραφής. Σε λειτουργία καταγραφής, γίνεται συνεχώς μια μέτρηση ροής, εμφανίζοντας τα σήματα ζωντανά στην οθόνη. Επειδή τα μετρούμενα σήματα μεταβάλλονται αργά, ο Παλμογράφος αυτοκινήτου ATS5004D έχει ρυθμιστεί σε μια αργή ταχύτητα μέτρησης.

Μέτρηση

Όπως εξηγήθηκε παραπάνω, ή ποσότητα του ρεύματος που ρέει μέσω από το κύτταρο άντλησης είναι ένα μέτρο της απόκλισης από την ιδανική αναλογία αέρα προς καύσιμο. Για να ελέγξετε τη λειτουργία του αισθητήρα, πρέπει να μετρηθεί το ρεύμα. Ο εύκολος τρόπος για να μετρηθεί αυτό το ρεύμα χωρίς να γίνει διακοπή του κυκλώματος, είναι η μέτρηση της τάσης στα άκρα της αντίστασης που βρίσκεται εν σειρά με το κύτταρο άντλησης και στη συνέχεια να μετατραπεί αυτή η τάση σε τιμή ρεύματος. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η ακριβής τιμή του ρεύματος δεν είναι σημαντική και για τον λόγο αυτό είναι αρκετή μια μέτρηση της τάσης.

Παρακάτω, πρώτα γίνεται μια μέτρηση της τάσης του κυττάρου άντλησης. Στη συνέχεια εξηγείται ο τρόπος με τον οποίο μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτή τη μέτρηση για να υπολογίσουμε το ρεύμα του κυττάρου άντλησης.

Τρόπος μέτρησης της τάσης του κυττάρου άντλησης

Η Εικόνα 4 δείχνει κυματομορφές ενός ευρυζωνικού αισθητήρα οξυγόνου με ρυθμιζόμενη θέρμανση, ο οποίος μετρείται σε ένα αυτοκίνητο με κινητήρα στο ρελαντί και σε θερμοκρασία κανονικής λειτουργίας. Αυτό το σήμα μπορείτε να το κατεβάσετε και να το χρησιμοποιήσετε για να ρυθμίσετε σωστά τον παλμογράφο ή να το χρησιμοποιήσετε ως σήμα αναφοράς.

Λήψη μέτρησης τάσης αισθητήρα οξυγόνου ευρείας ζώνης

Μέτρηση με παλμογράφο της τάσης του ευρυζωνικού αισθητήρα οξυγόνου

Σχήμα 4: Μέτρηση με παλμογράφο της τάσης του ευρυζωνικού αισθητήρα οξυγόνου

Το Κανάλι 1 (κόκκινο ίχνος) δείχνει το σήμα του κυττάρου άντλησης και το Κανάλι 2 (κίτρινο ίχνος) το σήμα του κυττάρου μέτρησης. Κατά τη διάρκεια αυτής της μέτρησης το γκάζι πατιέται δύο φορές, κάτι το οποίο φαίνεται στις μικρές αλλαγές στα σήματα που παίρνουμε από το κύτταρο μέτρησης και το κύτταρο άντλησης. Οι αλλαγές στο σήμα του κυττάρου άντλησης προκαλούνται από τον εγκέφαλο (ECU) που μεταβάλει το ρεύμα του κυττάρου άντλησης για να επαναφέρει την τάση του κυττάρου μέτρησης στα 450mV. Οι μικρές αυξομειώσεις στο σήμα του κυττάρου μέτρησης οφείλονται στο ότι ο αισθητήρας και εγκέφαλος έχουν ένα συγκεκριμένο χρόνο αντίδρασης για να ρυθμίσουν το ρεύμα του κυττάρου άντλησης. Το Κανάλι 3 (πράσινο ίχνος) δείχνει το σήμα του κύκλου λειτουργίας (Duty Cycle) της ρυθμιζόμενης θέρμανσης του αισθητήρα.

Hint: Για τον υπολογισμό του ποσοστού του σήματος κύκλου λειτουργίας της ρυθμιζόμενης θέρμανσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί η επιλογή Κύκλος λειτουργίας I/O.

Μέτρηση του ρεύματος του κυττάρου άντλησης

Το ρεύμα που διέρχεται μέσα από το κύτταρο άντλησης, μπορεί να προκύψει από την τάση στα άκρα της αντίστασης που βρίσκεται σε σειρά με το κύτταρο άντλησης (βλέπε Εικόνα 1) με τη χρήση του νόμου του Ωμ. Αυτό το ρεύμα είναι ίσο με την μετρούμενη τάση διαιρούμενη με την αντίσταση: I = V / R. Ως εκ τούτου, το ρεύμα μπορεί να υπολογιστεί από την μετρούμενη τάση, εάν η τιμή της αντίστασης είναι γνωστή.

Προσδιορισμός της “εν σειρά” αντίστασης

Απενεργοποιήστε το αυτοκίνητο εντελώς, πριν κάνετε μια μέτρηση αντίστασης. Η αντίσταση μπορεί να μετρηθεί ανάμεσα σε δύο ακίδες της πρίζας του αισθητήρα, εάν αυτή η πρίζα αποσυνδεθεί με τη χρήση της επιλογής μέτρησης αντίστασης του Παλμογράφος αυτοκινήτου ATS5004D, βλέπε Εικόνα 5. Η αντίσταση σε σειρά σε αυτό το παράδειγμα μέτρησης, έχει τιμή 77,8 Ωμ.

Μέτρηση της αντίστασης σε σειρά

Σχήμα 5: Μέτρηση της αντίστασης σε σειρά

Τώρα, που η τιμή της αντίστασης σε σειρά είναι γνωστή (θυμίζουμε 77,8 Ωμ), επιλέγεται στο λογισμικού παλμογράφου Multi Channel η λειτουργία Ενίσχυση/Απόκλιση Ι/Ο με την ενίσχυση (Gain) ρυθμισμένη στο 1 / 77,8. Έτσι η τάση του Καναλιού 1 μπορεί να μετατραπεί σε ρεύμα του κυττάρου άντλησης. Η μονάδα του Ενίσχυση/Απόκλιση Ι/Ο έχει οριστεί σε Αμπέρ "A". Το Ενίσχυση/Απόκλιση Ι/Ο μπορεί να συρθεί στο γράφημα για να γίνει το ρεύμα ορατό.

Η Εικόνα 6 δείχνει ξανά την ίδια μέτρηση, αλλά τώρα αντί της τάσης στα άκρα της αντίστασης σε σειρά, εμφανίζεται το ρεύμα του κυττάρου άντλησης. Αυτό το σήμα μπορείτε να το κατεβάσετε και να το χρησιμοποιήσετε για να ρυθμίσετε σωστά τον παλμογράφο ή να το χρησιμοποιήσετε ως σήμα αναφοράς.

Λήψη μέτρησης ρεύματος αισθητήρα οξυγόνου ευρείας ζώνης

Μέτρηση με παλμογράφο του ρεύματος ευρυζωνικού αισθητήρα οξυγόνου

Σχήμα 6: Μέτρηση με παλμογράφο του ρεύματος ευρυζωνικού αισθητήρα οξυγόνου

Η τάση του Καναλιού 1 (κόκκινο ίχνος) έχει τώρα μετατραπεί σε ένα σήμα ρεύματος (μωβ ίχνος) με μια επιλογή Ενίσχυση/Απόκλιση Ι/Ο. Τα σήματα αντιδρούν με την ίδια συμπεριφορά όπως και στην προηγούμενη μέτρηση.

Διάγνωση

Οι τιμές των σημάτων μπορεί να διαφέρουν μεταξύ διαφορετικών τύπων μονάδων ελέγχου (ECU) κινητήρων και ευρυζωνικών αισθητήρων οξυγόνου.

Οι πιο κάτω αποκλίσεις του σήματος (Κανάλι 1) του κυττάρου άντλησης, μπορεί να υποδεικνύουν ένα πρόβλημα:

  • Δεν υπάρχει σήμα:
    Αιτία: οι λήπτες σήματος δεν κάνουν καλή επαφή (εκτελέστε μια δοκιμή σύνδεσης), ελαττωματική βαθμίδα ενίσχυσης σήματος μέσα στον εγκέφαλο (ECU), αισθητήρας ελαττωματικός.
  • Η τάση του σήματος είναι πολύ υψηλή:
    Αιτία: το μείγμα είναι πολύ φτωχό (ελέγξτε με αναλυτή αερίων), διαρροή στο σύστημα εξάτμισης που βρίσκεται μεταξύ του κινητήρα και του αισθητήρα ευρείας ζώνης οξυγόνου, αισθητήρας ελαττωματικός.
  • Η τάση σήματος είναι πολύ χαμηλή:
    Αιτία: το μείγμα είναι πολύ πλούσιο (ελέγξτε με αναλυτή αερίων), αισθητήρας ελαττωματικός.
  • Το σήμα εμφανίζει περισσότερα παράσιτα από το παράδειγμα του σήματος:
    Αιτία: η καλωδίωση των καλωδίων σήματος έχει καταστραφεί, κακή σύνδεση σε ακροδέκτες της πρίζας.
  • Το σήμα δείχνει μια μετατόπιση σε σχέση με το σήμα-παράδειγμα:
    Αιτία: ο παλμογράφος δεν έχει ρυθμιστεί σε σύζευξη DC: DC, αισθητήρας ελαττωματικός.

Οι ακόλουθες αποκλίσεις στο σήμα του κυττάρου μέτρησης (Κανάλι 2) μπορεί να υποδεικνύουν ένα πρόβλημα:

  • Δεν υπάρχει σήμα:
    Αιτία: οι λήπτες σήματος δεν κάνουν καλή επαφή (εκτελέστε μια δοκιμή σύνδεσης), αισθητήρας ελαττωματικός.
  • Η τάση του σήματος είναι πολύ υψηλή:
    Αιτία: το μείγμα είναι πολύ πλούσιο (ελέγξτε με αναλυτή αερίων), αισθητήρας ελαττωματικός
  • Η τάση σήματος είναι πολύ χαμηλή:
    Αιτία: το μείγμα είναι πολύ φτωχό (ελέγξτε με αναλυτή αερίων), διαρροή στο σύστημα εξάτμισης που βρίσκεται μεταξύ του κινητήρα και του αισθητήρα ευρείας ζώνης οξυγόνου, αισθητήρας ελαττωματικός.
  • Το σήμα εμφανίζει περισσότερα παράσιτα από το παράδειγμα:
    Αιτία: η καλωδίωση του καλωδίου σήματος ή της γείωσης έχει ζημιά, κακή σύνδεση στους ακροδέκτες της πρίζας, αισθητήρας ελαττωματικός.
  • Το σήμα δείχνει μια μετατόπιση σε σχέση με το σήμα-παράδειγμα:
    Αιτία: ο παλμογράφος δεν έχει ρυθμιστεί σε σύζευξη DC: DC, αισθητήρας ελαττωματικός

Οι αποκλίσεις που ακολουθούν στο σήμα της θέρμανσης (Κανάλι 3) μπορεί να υποδεικνύουν ένα πρόβλημα:

  • Δεν υπάρχει σήμα:
    Αιτία: οι λήπτες σήματος δεν έχουν καλή επαφή με τα καλώδια σήματος (εκτελέστε μια δοκιμή σύνδεσης), ελαττωματική βαθμίδα ενίσχυσης σήματος μέσα στον εγκέφαλο (ECU), αισθητήρας ελαττωματικός.
  • Η τάση σήματος είναι πολύ υψηλή:
    Αιτία: απουσία ή κακή γείωση για την ECU, αντίσταση στην καλωδίωση προς την ECU.
  • Η τάση σήματος είναι πολύ χαμηλή:
    Αιτία: απουσία ή κακή τάση τροφοδοσίας.
  • Το σήμα εμφανίζει περισσότερα παράσιτα από το παράδειγμα του σήματος:
    Αιτία: η καλωδίωση των καλωδίων σήματος εμφανίζει ζημιά, κακή σύνδεση στους ακροδέκτες της πρίζας.
  • Το σήμα δείχνει μια μετατόπιση σε σχέση με το σήμα-παράδειγμα:
    Αιτία: ο παλμογράφος δεν έχει ρυθμιστεί σε σύζευξη DC: DC, απουσία ή κακή γείωση ECU, μεγάλη αντίσταση στην καλωδίωση προς την ECU

Σχετικά πληροφορίες

Αισθητήρας λάμδα (ζιρκονίου)
Με τον εργαστηριακό παλμογράφο μετρείται ένας αισθητήρας Λάμδα, ζιρκονίου, όταν ο κινητήρας έχει κανονική θερμοκρασία και λειτουργεί στο ρελαντί. Το σήμα από τον αισθητήρα εμφανίζεται και μπορείτε να το κατεβάσετε. Για να σας βοηθήσουμε να προσδιορίσετε αν ο αισθητήρας Λάμδα και η αντίσταση θέρμανσης λειτουργούν σωστά, αναφέρονται οι διάφορες πιθανές αποκλίσεις από το σήμα-παράδειγμα, μαζί με τις πιθανές αιτίες.
Toyota MR2 bad injector
A Toyota MR2 is having problems after an engine replacement, fault code P0304 Cylinder #4 misfire detected occurs. The garage swaps several components but does not manage to fix the problem. Measurements with an automotive oscilloscope are required to find out that the fault code is somewhat misleading and the problem is not with cylinder #4
Αποποίηση ευθυνών

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε αλλαγές χωρίς ειδοποίηση. Όλα τα δικαιώματα διατηρούνται.

Οι πληροφορίες σε αυτό το σημείωμα εφαρμογής έχουν ελεγχθεί προσεκτικά και θεωρείται ότι είναι αξιόπιστες, ωστόσο η TiePie engineering δεν αναλαμβάνει καμία ευθύνη για τυχόν ανακρίβειες.

Προειδοποίηση ασφαλείας:

  • Πριν από τη μέτρηση, βεβαιωθείτε ότι οι πηγές με επικίνδυνα υψηλές τάσεις είναι απενεργοποιημένες ή προστατευμένες από επαφή. Τάσεις που θεωρούνται επικίνδυνες είναι οι τάσεις πάνω από 30 V AC RMS, αιχμές 42 V AC ή 60 V DC.
  • Κρατήστε καθαρό το περιβάλλον εργασίας, όταν κάνετε τις μετρήσεις.
  • Αυτή η μέτρηση και διαδικασίες αποτελούν παραδείγματα / προτάσεις μέτρησης και δεν θεωρούνται πρωτόκολλα διαδικασιών.
  • Η TiePie engineering δεν μπορεί να προβλέψει τις ενέργειες ασφαλείας που πρέπει να ληφθούν για την προστασία προσώπων και συσκευών. Πριν από την έναρξη μιας μέτρησης, ελέγξτε ποια μέτρα ασφάλειας πρέπει να εφαρμοστούν.