Multimetro - Aplicado a Linha Automotiva - Parte 2 - Medidas específicas

Medição de frequência

Definição de frequência

Frequência elétrica é o número de repetições por unidade de tempo de uma variação de voltagem.

Esta unidade de medida é o Hertz, que equivale ao número de sinais elétricos repetidos ao longo de um segundo.

1 Hertz (Hz) é a repetição de um ciclo em um segundo

É comum falar em frequência em corrente alternada. A rede elétrica espanhola fornece energia de 220 V e 50 Hz a todos os seus usuários, ou seja, a eletricidade fornecida muda de polaridade 50 vezes por segundo e mantém uma tensão efetiva de 220 V.

A corrente alternada muda de polaridade 50 vezes em um segundo (50 Hz)

Entretanto, apesar de não inverter a polaridade de trabalho, muitos sistemas veiculares que trabalham com corrente contínua também utilizam a frequência como medida de informação ou regulação de trabalho.

Alguns exemplos são os sensores de roda de um sistema ABS, sensores de árvore de cames e de rpm, o acionamento das válvulas solenoides e até mesmo a regulagem de alguns motores elétricos.

Embora seja verdade que a frequência é o número de ciclos por segundo de um sinal, é vital saber como isso varia dependendo se é um sinal de ativação de um componente ou o sinal de informação de um sensor.

No caso do sinal de ativação de um componente, a frequência geralmente é perfeitamente mensurável, mas não varia com o seu grau de ativação. O exemplo a seguir refere-se ao sinal de ativação de um ventilador elétrico.

Medição de sinais quadrados

O sinal varia seu tempo de conexão ao terra ou Dwell (explicado nos próximos capítulos) para que o ventilador gire mais ou menos rapidamente, enquanto sua tensão varia sempre 3 vezes por segundo, ou seja, tem uma frequência de 3 Hertz em toda a sua faixa de operação. Quanto maior a porcentagem de ativação de cada ciclo, maior a corrente média fornecida ao componente.

Portanto, o técnico observará uma frequência fixa o tempo todo, mesmo que o ventilador varie sua velocidade.

No caso de um sinal proveniente de um sensor de velocidade (ABS, motor, etc.), o efeito é o oposto. O técnico verá a frequência variar dependendo do número de rotações do eixo a ser medido. Se a mesma medição for feita em tensão ou tempo de parada, este valor permanecerá fixo o tempo todo (6 V ou 50%, respectivamente). Isso ocorre porque os dentes da roda fônica não variam com o número de rotações.

Configurações do multímetro

Antes de conectar os fios de teste ao circuito a ser verificado, alguns ajustes devem ser feitos no multímetro.

Em um multímetro de ajuste automático de escala, primeiro selecione a opção para medir frequência (Hz).

Dependendo do multímetro, é possível que a função hertz seja compartilhada com outras funções (% Duty). Certifique-se de que o visor indique a grandeza medida correta (Hz).

Se um multímetro com faixa automática não estiver disponível, a faixa de trabalho deverá ser selecionada diretamente, independentemente do tipo de tensão (CA ou CC).

Se você não sabe qual frequência será medida, sempre selecione a faixa mais alta e vá diminuindo até atingir a precisão necessária.

Se a faixa selecionada for muito baixa, a medição ficará fora da faixa e o multímetro não registrará nenhum valor. Caso contrário, se a faixa for muito alta, o resultado não será preciso devido ao arredondamento.

As faixas a serem escolhidas dependem de cada multímetro. As mostradas abaixo pertencem a um multímetro de desempenho médio. A faixa indica a frequência máxima que você pode medir.

• 200: Medições até 200Hz

• 2 K: Medições até 2000 Hz

• 20K: Medições de até 20.000 Hz

Conectando os cabos

Depois de selecionar o intervalo apropriado, o fio de teste preto deve ser conectado ao terminal comum , geralmente indicado por " COM ".

O outro fio deve ser conectado ao terminal de frequência (Hz), geralmente indicado pelas iniciais " Hz " e associado à cor vermelha .

Conectando as pontas de prova ao multímetro

Resultados dos testes

Quando a medição em hertz (Hz) é selecionada, o multímetro indica um valor inicial de 0 Hz.

A conexão para medição de frequência é feita em paralelo com o circuito e não requer desconexão do componente.

Exemplo de conexão paralela

Por exemplo, se as sondas de medição forem colocadas nos terminais de uma lâmpada piscante, uma medição de 1 Hz será obtida se a lâmpada for ligada e desligada uma vez por segundo. Se for ligada e desligada duas vezes por segundo, a medição será de 2 Hz e assim por diante.

Se você verificar a frequência da rede elétrica doméstica, verá que ela é de 50 Hz.

Em uma medição de frequência não há polaridade, então não importa a ordem em que as pontas de prova são colocadas.

Medindo a frequência de uma tomada doméstica

A medição de frequência é útil ao trabalhar com veículos automotores, desde que você já saiba se o sinal elétrico deve variar ou permanecer fixo. A redução da frequência de um sinal quando deveria ser fixa indica uma possível interrupção da alimentação elétrica ou do sinal de controle, enquanto a ausência de variação quando deveria aumentar indica também um defeito no sinal, seja por falha de ativação nos atuadores ou no sensor, no caso de elementos de medição que variam em velocidade.

Nos últimos anos, um grande número de sensores de veículos que tradicionalmente emitiam sinais analógicos foram substituídos por sensores digitais, cujo sinal é transmitido por frequência para a unidade de controle correspondente. Os sinais de variação de frequência não requerem conversão de analógico para digital para processamento e são menos sensíveis a parasitas eletromagnéticos. 

Sensores deste tipo não requerem tensões de referência de medição e as variações de tensão em sua alimentação não influenciam a precisão do sinal. É o caso de medidores de vazão mássica de ar de última geração, alguns sensores de posição e até mesmo interruptores multiposições.

Medição de sinais digitais de pulso

Configurações do multímetro

Antes de conectar os cabos de teste ao circuito a ser verificado, alguns ajustes devem ser feitos no multímetro. Em um multímetro com ajuste automático de escala, primeiro selecione a opção para medir o ciclo de permanência ou o ciclo de trabalho (%).

Dependendo do multímetro, é possível que esta função seja compartilhada com outras funções (frequência - Hz). Certifique-se de que a tela indique a grandeza correta a ser medida (%).

Seleção de Dwell - Ciclo de trabalho em um multímetro de autorange

Se um multímetro com faixa automática não estiver disponível, a função Dwell deverá ser selecionada diretamente, independentemente do tipo de tensão (CC ou CA).

Diferentemente de outras medições, aqui não há escalas e só é possível selecionar um intervalo de medição.

Definição de um sinal digital de pulso

Um sinal digital pulsado, comumente chamado de "sinais quadrados", é aquele que oscila entre dois níveis diferentes de tensão fixa sem que haja um tempo de transição entre eles e, portanto, sem valores intermediários.

Este tipo de sinal é amplamente utilizado pelas unidades de controle digitais para a operação de seus atuadores, especialmente em solenoides magnéticos. Isso permite que seu trabalho seja gerenciado com grande precisão e menor consumo elétrico do que se fossem regulados por corrente contínua. A sincronização da frequência de ativação com a indução do enrolamento limita a corrente e evita o aquecimento.

Quando o nível mais baixo de tensão de trabalho coincide com o terra (0 volts), a porcentagem de tempo neste nível é chamada de "Permanência" e é medida em % . 100% indica um ciclo de controle completo e seria uma tensão constante de 0 volts, contínua no tempo e, portanto, não seria um valor aceitável como um sinal quadrado. Portanto, o máximo aceitável é 99%.

O momento em que o nível de tensão é maior é chamado de ciclo de trabalho , também é medido em % e seu máximo aceitável também é 99%.

Em ambos os casos (Dwell ou Duty cycle), a medição do sinal é dada em porcentagem e com o mesmo sinal invariável os valores obtidos devem somar 100.

Sinal digital de pulso

Conectando os cabos

Depois de selecionar a faixa de medição desejada, o fio de teste preto é conectado ao terminal comum , geralmente indicado como " COM ".

A conexão do outro terminal depende do tipo de multímetro. Em alguns casos, ele é conectado ao terminal indicado para ciclo de espera ou ciclo de trabalho (também compartilhado com medições de tensão, corrente e resistência), normalmente indicado pelo ícone " % " e associado à cor vermelha . Em outros multímetros, há um canal de entrada específico associado à cor azul .

Conectando as pontas de prova ao multímetro

Resultados dos testes (Medição do tempo de ciclo em Dwell)

Quando a medição de permanência é selecionada, o multímetro exibe um valor inicial de 99,9% , mas quando o ciclo de trabalho é selecionado, o multímetro exibe um valor inicial de 0,0% .

A ponta de teste preta é conectada ao terra como valor de referência, e a vermelha ao cabo de sinal.

A conexão para medição de tempo de espera ou ciclo de trabalho é feita em paralelo com o circuito e não requer desconexão do componente.

Exemplo de conexão paralela

Para interpretar o resultado corretamente, você deve levar em consideração a parte do "sinal quadrado" que se repete ao longo do tempo. Essa parte é considerada como 100% de um ciclo.

100% de um ciclo

A partir de 100% do ciclo o multímetro indicará o percentual cuja tensão é 0 V.

Resultados da medição do ciclo de trabalho em Dwell

Resultados dos testes (Medição do tempo de ciclo no ciclo de trabalho)

Para esta medição, o multímetro registrará o lado oposto ao tempo de permanência.

Para interpretar o resultado corretamente, você deve levar em consideração a parte do "sinal quadrado" que se repete ao longo do tempo. Essa parte é considerada como 100% de um ciclo.

100% de um ciclo

Durante 100% do ciclo o multímetro indicará a porcentagem cuja tensão é maior, geralmente 12 ou 5 volts.

Resultados da medição do ciclo de trabalho no ciclo de trabalho

Medição do tempo de pulso em milissegundos

Definição do tempo de pulso de um sinal

A grande maioria dos sinais dos sistemas eletrônicos são contínuos, ou seja, estão presentes o tempo todo durante sua operação. Em inúmeras ocasiões, eles podem ser vistos mesmo com o motor parado. A eletrônica digital baseia-se no processamento de dados a uma velocidade predefinida, uma função que não pode ser interrompida a tempo mesmo que não haja dados para processar. Os sinais de saída das unidades de controle permanecem ativos da mesma forma, mesmo que não precisem funcionar. Há um sinal, embora ele não realize nenhum trabalho porque não atinge uma intensidade alta o suficiente.

No entanto, uma minoria de sinais ocorre (apesar de ocorrerem apenas alguns milissegundos entre as duas repetições) de forma "esporádica" e varia tanto em frequência quanto em porcentagem de ativação. A variação de frequência impede uma leitura correta do Dwell, uma vez que a base de medição varia constantemente, o que deveria ser o 100% teórico.

O exemplo mais conhecido, e principal uso da medida para veículos, é o pulso de solo que a unidade de controle do motor transmite a um injetor para abri-lo. 

Enquanto o motor está em funcionamento, o sensor de rpm emite continuamente, assim como o sensor do eixo de comando de válvulas, o medidor de fluxo de massa de ar, o sensor de temperatura do motor, etc. Componentes como o EGR, o sistema de evaporação de gases do tanque de combustível e outros também regulam continuamente com uma frequência fixa e uma porcentagem de ativação maior ou menor. No entanto, componentes como os injetores são ativados apenas uma vez por rotação do motor, com durações maiores ou menores dependendo da carga do motor. Portanto, temos uma frequência variável e um período de ativação variável.

Para a verificação deste tipo de ativação, não é aconselhável aplicar os testes de permanência, ciclo de trabalho ou frequência, pois não são definitivos (o multímetro não consegue medi-los corretamente). A melhor forma de verificá-los é com a duração do pulso em milissegundos.

Sinal de ativação de um injetor (motor a gasolina)

Configurações do multímetro

Antes de conectar os fios de teste ao circuito a ser verificado, alguns ajustes devem ser feitos no multímetro.

Selecione a opção ms-PULSE do multímetro

Seleção da função ms-PULSE

É possível alterar a função Trigger de positiva para negativa dependendo se o pulso de ativação é feito com uma tensão positiva ou através de uma conexão de aterramento.

Por exemplo, no caso de um injetor de gasolina que recebe tensão da bateria em um de seus terminais e a unidade fornece um pulso de aterramento através do outro terminal para operar o injetor, selecione o gatilho negativo e prenda este cabo para que ele exiba o tempo de injeção.

O tempo de conexão indica a quantidade de gasolina injetada, que deve aumentar com a carga do motor, principalmente durante a aceleração, quando a potência máxima é gerada pelo enriquecimento da mistura.

Conectando os cabos

Depois que o intervalo apropriado for selecionado, o fio de teste preto é conectado ao terminal comum , geralmente indicado como " COM ".

A conexão do outro fio depende do tipo de multímetro. É comum que o canal ms-PULSE seja compartilhado com as funções de tensão, corrente, resistência, etc., associadas à cor vermelha .

Conectando as pontas de prova ao multímetro

Resultados dos testes

Quando a medição Trigger+ é selecionada, o multímetro exibe um valor inicial de 0,0 ms . Se Trigger- for selecionado, o multímetro exibirá um valor inicial de infinito .

A conexão para esta medição é feita em paralelo com o injetor e não requer sua desconexão.

O visor do multímetro indica o valor de ativação diretamente em milissegundos (ms).

No caso do sinal de abertura do injetor, o tempo deve aumentar para enriquecer a mistura ou de forma proporcional à quantidade de ar que o motor aspira, o que pode ser determinado pelo sinal de pressão no coletor ou pela medição do sensor de vazão mássica de ar.

Medição do tempo de injeção

Teste de diodo

Definição de um diodo

Um diodo é um componente eletrônico com dois terminais que permite o fluxo de corrente elétrica através dele em uma direção , algo como uma válvula de retenção. 

Representação gráfica de um diodo

Quando a corrente passa por ele, há uma queda de tensão teórica de 0,7 V (pode ser um pouco menor dependendo do projeto e do tamanho), independentemente da diferença de corrente e tensão que a causa, e diz-se que está polarizado diretamente. Quando polarizado reversamente, não há queda de tensão nem fluxo de corrente. 

São utilizados em veículos para retificar a corrente do alternador e como elemento de proteção contra picos de tensão indutivos ou acionamento por conexões incorretas. 

Existem duas maneiras de verificar diodos, por resistência e por queda de tensão (não disponível em todos os multímetros), então, dependendo do multímetro, isso será feito de uma forma ou de outra.

Teste de diodo em resistência

Para o teste do diodo de resistência, selecione a escala mais alta da seção do ohmímetro (Ω) e desça para obter um resultado ou selecione apenas a medição de resistência se for um multímetro com ajuste automático.

Seleção da função ohmímetro em um multímetro com ajuste automático de escala (esquerda) e sem ajuste automático de escala (direita)

Uma vez selecionada a faixa apropriada , o fio de teste preto é conectado ao conector comum , normalmente indicado como " COM ", e o fio de teste vermelho no soquete marcado com o símbolo Ω, que normalmente é o mesmo para medição de tensão, entre outros.

Conectando as pontas de prova ao multímetro

Após posicionar o multímetro como se fosse necessário medir resistência em ambos os lados do diodo, observe que em uma das posições o multímetro indica circuito aberto (infinito) enquanto a inversão das pontas de medição deve indicar um valor resistivo.

Se um valor infinito for observado em ambas as medições , significa que o diodo estáabrire não está deixando a corrente fluir em nenhuma direção, entretanto, se um valor de 0 Ω for observado, significa que o diodo está em curto-circuito e deixará a corrente fluir em ambas as direções.

Teste de diodo em resistência

Apesar de testar um diodo como se fosse um resistor, o consumo de corrente de um diodo não é proporcional à corrente. A mesma posição é usada no testador, pois uma diferença de tensão deve ser aplicada às suas extremidades para que o diodo conduza, o que é o mesmo princípio de funcionamento e cálculo interno usado para medir resistência.

Teste de diodo em queda de tensão

Para um teste de queda de tensão de diodo, a posição com o ícone de diodo deve ser selecionada no multímetro.

Seleção de teste de diodo de queda de tensão

Assim como no teste anterior, conecte o fio de teste preto ao terminal comum " COM " e o fio de teste vermelho ao soquete marcado com o símbolo Ω ou o ícone de diodo , que normalmente é o mesmo usado para tensão e outras medições.

No teste de queda de tensão, assim como no teste de resistência (baseado na Lei de Ohm), o próprio multímetro circula uma corrente através do diodo. Uma queda de tensão entre 0,5 e 0,8 volts deve ser observada ao conectar a garra vermelha no lado positivo do diodo, ou ânodo, e a garra preta no lado negativo, ou cátodo, com um valor infinito registrado quando a conexão é invertida.

Conectando as pontas de prova ao multímetro

Você deve verificar tanto a condutividade quanto o bloqueio. Não fazer isso significaria uma verificação de 50% e uma margem de erro de 50%. Um diodo funciona tanto para conduzir quanto para bloquear a corrente. Dependendo da sua aplicação, ele faz as duas coisas, quando funciona como retificador, ou apenas uma, quando usado como elemento de descarga de um indutor ou contra uma conexão reversa.

Se um diodo estiver conectado a um circuito, componente ou unidade eletrônica, pelo menos uma das extremidades do circuito deve ser isolada antes da verificação. A não observância dessa recomendação pode resultar em uma medição falsa, pois a corrente fornecida pelo multímetro circulará para o restante do circuito até o ponto de teste oposto.

Medição de temperatura

Para medir a temperatura, é necessário ter uma sonda, como a vendida com alguns multímetros como acessório. A resistência varia dependendo da temperatura e suas características devem ser consistentes com o multímetro a ser utilizado para obter uma medição confiável.

Embora existam diferentes tipos de sondas no mercado, é comum que estas permitam a medição da temperatura do ar (temperatura ambiente, saída de ar de um ar condicionado, etc.), de líquidos (temperatura do líquido de arrefecimento do motor) e de sólidos (temperatura do evaporador e condensador, bloco do motor, etc.)

Aviso

Verifique sempre o limite máximo de temperatura da sonda no manual do fabricante para evitar danificá-la.

Sonda para medir temperatura com multímetro

Esta sonda de temperatura é conectada diretamente em um conector específico ou, dependendo do multímetro, através de um adaptador nos terminais "COM" e tensões "V".

Para evitar uma conexão ruim do terminal, os conectores das sondas são diferentes, sendo o positivo menor.

É de vital importância não confundir a polaridade do sensor, pois isso pode resultar em resultados de medição errôneos.

Encaixando a sonda de temperatura diretamente no multímetro

Após encaixar a sonda no multímetro, selecione o modo de exibição de dados: Celsius (°C) ou Fahrenheit (°F) . O visor do multímetro exibe diretamente a temperatura medida.

Seleção de medição de temperatura em °C ou °F

Medição de rpm do motor

Para poder realizar esta medição é necessário ter disponível uma pinça indutiva, que em alguns casos é vendida como acessório ou equipamento adicional. 

A medição da rotação é feita pela captura, através da pinça, do magnetismo criado pela alta tensão da ignição, que induz uma tensão na área de medição da pinça. Portanto, a pinça só pode ser utilizada em motores com cabos de ignição. 

Ele deve ser conectado ao cabo de ignição de um dos cilindros, que recebe a tensão de ignição necessária para a faísca que inicia a combustão a cada duas voltas do virabrequim. A maioria dos multímetros que incorporam essa função calcula a rotação para motores de 4 tempos e apenas alguns possuem a opção de medir motores de 2 tempos. Nesse caso, basta dividir o resultado obtido por 2.

Perigo 

Nunca conecte a alta tensão de ignição diretamente às tomadas de medição. A maioria dos multímetros está limitada a tensões de 400 V a 1000 V, como visto anteriormente na seção de segurança. As tensões de ignição usuais variam entre 4000 V e 10.000 V, com picos ainda maiores. 

Ligar os terminais do sistema de alta tensão de um aparelho de medição digital pode destruí-lo completamente, ou pelo menos danificá-lo, fazendo-o perder toda a precisão, além de ser perigoso para o operador, pois pode ultrapassar o isolamento dos fios e do próprio aparelho.

Grampo indutivo para medição de rpm

Sua conexão no multímetro deve ser feita conectando-se o fio preto da garra na conexão " COM " do multímetro, enquanto o fio vermelho deve ser conectado na mesma conexão para medição de tensão ou, dependendo do multímetro, em um terminal específico, que normalmente é comum com a conexão de medição Dwell .

Posicionamento da sonda indutiva para medição de rpm em diferentes multímetros

Dependendo do tipo de multímetro, não é necessário ajuste adicional. Basta selecionar a função rpm ou você pode selecionar a opção DIS para ignição por faísca dupla (Sistema de Ignição Direta). Esta seleção também é válida para motores de 2 tempos.

Após conectar a pinça ao multímetro, ela deve ser conectada a um cabo de ignição de alta tensão e o motor ligado. A tela mostra o resultado.

Conexão da sonda a um cabo de ignição

Embora em muitos casos o cabo de ignição seja mais longo e acessível da bobina ao distribuidor de alta tensão, a medição de rpm não será correta se a pinça for colocada nele. A tela mostrará um valor X vezes maior que o verdadeiro, correspondente ao número de cilindros do motor multiplicado pela rotação do motor.

Medição da carga da bobina de ignição

Alguns multímetros específicos para veículos incorporam uma função projetada para verificar o tempo de carga da bobina de ignição para garantir tensão de ignição suficiente em toda a faixa de rpm do motor e evitar o superaquecimento da bobina em marcha lenta.

Como o eixo distribuidor de ignição gira à metade da velocidade do virabrequim, sua velocidade é variável, portanto, o ajuste baseado no tempo não é válido devido à sua falta de precisão. A regulagem do tempo de carga e descarga da bobina é, portanto, feita com base no ângulo de rotação do eixo distribuidor ou na porcentagem de carga e descarga. A medição dos dados de tempo depende muito do fabricante.

Se os dados forem apresentados como uma porcentagem, eles são independentes do número de cilindros, sendo suficiente realizar a medição como uma porcentagem de permanência.

Se os dados estiverem disponíveis em graus de rotação, o processo será diferente.

Dependendo do número de cilindros do motor ou do distribuidor em particular (para motores com dois distribuidores), o grau máximo de rotação para a carga e descarga completas tem uma base variável. Isso resulta da divisão dos 360º de rotação de uma volta completa do distribuidor pelo número de cilindros do motor. Assim, para um motor de 4 cilindros, a base seria 90º, para 5 cilindros 72º, para 6 cilindros 60º e assim por diante.

Para esses casos, o multímetro tem uma posição de trabalho específica para cada motor ou distribuidor.

As pontas de prova normalmente devem ser colocadas na mesma posição usada para medir a permanência: o fio preto no terminal COM e o vermelho no especificado para essa medição.

Conecte a ponta de prova preta ao terra do veículo e a vermelha ao terminal da bobina (Terminal 1) da central de ignição ou ao cabo de saída do distribuidor (pontos - conexão do capacitor).

Ao dar a partida no motor, a tela mostra os graus de rotação em que o distribuidor, através dos pontos, conecta a bobina ao terra para carregá-la, que devem coincidir com os dados de tempo fornecidos pelo fabricante. Caso contrário, a abertura dos pontos deve ser ajustada.

Parafuso de ajuste de ângulo/permanência de carga da bobina de ignição

O valor deve permanecer estável em toda a faixa de rotação do motor. Se cair em alta rotação, isso indica que os pontos estão saltando, o que indica uma mola desgastada ou folga excessiva no eixo do distribuidor, o que afeta o desempenho do sistema de ignição e limita a potência do motor.