nieuws

Back to basics: V4-meting bij dutycycle sturing

Werkplaats & Onderhoud 11871

In de serie Back to basics behandelden we eerder al de V4-meting. Als je de spanning over de verbruiker (V2), de plusdraad (V3) en de mindraad (V4) optelt, vind je de bronspanning (V1). Die meting is een eenvoudige manier om weerstanden op te sporen die er niet horen te zijn. Maar hoe doe je een V4-meting bij een dutycycle sturing?

Back to basics: V4-meting bij dutycycle sturing

Voor we naar de dutycycle gaan, eerst even naar de werkplaats. Daar komt een auto binnen met een klacht over de kentekenverlichting. De autotechnicus wipt de kentekenverlichting uit de achterbumper en bekijkt het lampje. De rest van de verlichting werkt immers. Hij ziet dat het wolfraam gloeidraadje niet onderbroken is. Hij zet de verlichting aan en meet of er spanning achter bij de lamp komt. En ja hoor, de volledige installatiespanning komt bij het kentekenlampje. Eigenlijk is hij nu al bezig met de V4-meting. De auto kwam rijdend binnen, is dus gestart, dus is de accuspanning goed. Verder werken de dimlichten en achterlichten gewoon, dus V1 zou een waarde moeten geven waar het lampje op kan branden. Voor de zekerheid monteert hij een nieuw lampje.

Helaas, de kentekenverlichting werkt niet. Hoe kan dat?

Even denken. De lamp is vernieuwd en er werd 12 volt achter bij de lamp gemeten. De waarde van V1 is niet werkelijk gemeten, maar lijkt OK en V2 (spanning over de verbruiker) geeft een waarde waarmee de lamp zou kunnen branden.

Geen stroom, geen verlies

Het antwoord? De autotechnicus meet onbelast! Een collega wijst hem daarop. Dus: stekkers erop laten zitten, alles inschakelen en dan meten. Nu meet hij 0 V. Omdat hij bij de eerste meting de stekker los had, was er geen gesloten circuit. Daardoor kon er geen stroom lopen. In de formule U = I x R is de waarde van I dan 0 A. In een rekensom iets met nul vermenigvuldigen, geeft uitkomst 0. In dit geval is dat dus 0 volt verlies. Haha, mooi! Dus alles wat bij de bronspanning aan V1 (de installatiespanning = accu) gemeten wordt, meet je nu achter bij de losgenomen stekker ook? Inderdaad, er is geen verlies omdat er geen stroom loopt.

Bij het aansluiten van het kentekenverlichtingslampje gaat er wel stroom lopen. Als je in dat circuit een overgangsweerstand hebt bij een stekkeraansluiting in de kabelboom, gaat er nu ook stroom door die overgangsweerstand. Je hebt daar ter plaatse de volgende ingrediënten: stroom I en weerstand R. Dus ergens in de kabelboom zit een overgangsweerstand die er voor zorgt dat er geen spanning op het kentekenlampje komt. Waar? Dat spoor je op met de metingen V3 en V4. En ook daar geldt: meet belast.

Waarom dutycycle?

In de toekomst krijgen we meer en meer te maken met digitale schakelingen en niet-constante gelijkspanningen. Daar waar in het verleden verlichting gedimd werd met een regelbare weerstand, gebeurt dat nu vaak met een dutycycle-sturing. Deze dutycycle varieert van 80 naar 20 procent waarbij de verlichting van fel naar zwak gaat branden. In de oudere systemen met regelbare weerstand of transistor loopt er een continue stroom, en is er vermogensverlies in de regelbare weerstand of transistor. Bij de nieuwere systemen is dat vermogensverlies er niet omdat juist de spanning periodiek op de verbruiker wordt gezet. Bij een lamp wordt er spanning aangeboden gedurende de tijd dat het nodig is om de verlichting op een bepaalde sterkte te laten branden. Dat zorgt voor een lagere belasting van de dynamo en vraagt dus minder energie van de krukas.

Ook bij kachelkleppen, raambedieningen, verwarmingselementen en tal van andere componenten kom je deze digitale aansturing tegen.

 

Let op met de ohm-meting

In de praktijk wordt vaak teruggegrepen naar een ohm-meting over de kabel. De multimeter stuurt dan een klein stroompje door het elektrisch circuit. Daarmee kan hij uitrekenen wat de ohmse weerstand is van het circuit. In de praktijk wordt het steeds moeilijker om weerstand te meten in de moderne voertuigen. Je zal altijd verbindingen los moeten maken om een weerstand te kunnen meten. Als je dat niet doet, loop je het risico een stukje elektronica stuk te maken. Bovendien heb je een onjuiste weergave van de weerstand als er nog spanning op het te meten circuit staat.

Met de multimeter meet je 0,1 Ω en denk je: prima

De spanning van een multimeter die een ohm-meting doet, is erg laag. Daarmee is de stroom die hij door een circuit stuurt dat ook. Als je nu een massakabeltje controleert met een weerstandmeting, kan het goed zijn dat de meter een waarde aangeeft van 0,1 Ω. Ook al zit dat ene gevlochten kabeltje nog maar met één koperdraadje vast aan het massa-oogje. Je zou het goed kunnen keuren en verder meten. Maar als er 40 ampère door dat massakabeltje moet, is dat ene kleine koperdraadje net teveel weerstand voor die stroom. En daar gaat ie weer: U = I x R, er is veel stroom en er is weerstand bij dat massa-oogje. Dat geeft een spanningsverlies. Met het kleine stroompje van de multimeter meet je 0,1 Ω en denk je: ‘prima’. Bij de werkelijke belasting meet je 4 volt bij meting V4 (massadraad) en dat is niet in orde.

Hoe doe je een V4-meting?

De wet van Ohm legt een relatie tussen spanning, stroom en weerstand. Die begrippen zijn nogal abstract, zeker als je tijdens je schoolcarrière meer bezig was met onderhoud en minder met multimeter of scope. In het kader van: ‘Hoe zat het ook alweer?’ gaven we een tijdje geleden een opfriscursus V4-meting. Klik hier om het artikel terug te lezen!

Een niet constante gelijkspanning

V4-kennis weer opgefrist? Mooi. Nu komt er een nieuwer type voertuig binnenrijden. Je meet met een voltmeter (belast!) bij de achterlichten en ziet een spanning van ongeveer 6 V. Hé, dat is snel gevonden! Dan moet de rest van de spanning te vinden zijn met V3 of V4. Dat wordt een eitje. Dus: over de pluskabel meten en een keer over de min (massa) meten. Maar helaas, V3 en V4 geven beiden 0 volt! Hoe kan dat nu weer?

V4-meting in moderne elektronica

Veel moderne voertuigen maken gebruik van achterlichten die met een dutycycle aangestuurd worden. Als de achterlichten worden aangezet, zet de regelelektronica er met een frequentie van 100 Hz 50 procent van de tijd een spanning op van 12 volt en de andere 50 procent een spanning van 0 volt. Gemiddeld komt de spanning op de lamp dan op 6 V. Op het moment dat de remlichten bediend worden, verdwijnt de frequentiesturing van de lampen en meet je wel een volledige spanning van 12 V.

Wat zou je nu meten met een V4-meting als je het spanningsverlies over de pluskabel (V3) meet, waar een weerstand in zit van 0,3 ohm? De lamp staat aan en zijn hete gloeidraad heeft een weerstand van 16 Ω.

Rekensommetje

Even rekenen. De maximale spanning is 12 V, maar dat wordt maar voor 50 procent uitgestuurd. De gemiddelde spanning is dus 6 V en de totale weerstand is 16 + 0,3 = 16,3 Ω. Dat betekent dat er een stroomsterkte is van 6 V : 16,3 Ω = 0,37 A. Deze 0,37 ampère gaat door de weerstand van 0,3 Ω. Dat betekent dat er over de kabel een spanningsverlies is van gemiddeld 0,37 A x 0,3 Ω = 0,11 V.

Kortom…

Een V4-meting vormt een basis om te beginnen met meten. Wie succesvol wil storingzoeken, moet hier gemakkelijk mee om kunnen gaan. De basis is simpel, maar in de moderne auto kan V1, de bronspanning, zijn oorsprong hebben bij een regeleenheid. V2 is dan een actuator of sensor en V3 en V4 zijn de stuurdraden naar het component. En de spanningen zijn door de digitale sturing niet meer constant maar periodiek. V1 meet dan een blokspanning, V2 meet eenzelfde blokspanning en bij V3 en V4 meet je 0 volt (en géén blokspanning).

Fabrikant plaatst weerstand

In de V4-meting gaan we steeds op zoek naar een weerstand die spanningsverlies over een kabel geeft en daarmee de werking van een systeem nadelig beïnvloed heeft op de werking van het systeem. Maar om de stroom door een circuit te meten plaatst de fabrikant bewust een weerstand in het circuit. Dit is een weerstand van bijvoorbeeld 0,1 Ω.

De fabrikant plaats een kleine weerstand in het schema en meet daarover het spanningsverlies.

De fabrikant plaats een kleine weerstand in het schema en meet daarover het spanningsverlies.

Eén lamp is stuk. De stroom door de meetweerstand is nu kleiner en daarmee het spanningsverschil over de meetweerstand.

Eén lamp is stuk. De stroom door de meetweerstand is nu kleiner en daarmee het spanningsverschil over de meetweerstand.

In het linkse schema zijn de lampen in orde. Twee lampen staan parallel zoals in de autotechniek alle lampen parallel staan. Daardoor loopt er een bepaalde stroom door de meetweerstand van 0,1 Ω. De regeleenheid, die de stroom naar de lampen controleert, meet een spanning gemeten van 1,67 mV over de meetweerstand. Dit verlies heeft geen invloed op de werking van de lampen. Als de motor van stationair draaien naar 3500 toeren per minuut gaat is dit verlies al gecompenseerd door de toename van de laadspanning. In de rechtse tekening is één lamp stuk, of een draad onderbroken. Daardoor gaat er minder stroom door de meetweerstand en wordt ook spanningsverlies over deze weerstand minder. De regeleenheid herkent dit verschil in spanning en stuurt via een elektronische schakeling het waarschuwingslampje op het dashboard aan.

Reageer op dit artikel
Lees voordat u gaat reageren de spelregels