Breitband   LambdaMechanische   und   elektronische   Messsysteme

Kalibrieren   der   LSU4.2   an   Luft:

Viele Hersteller von Lambda-Controllern geben an, dass man die LSU4.2 am besten vor jeder Benutzung kalibrieren soll. Auf den ersten Blick kommt das einem etwas seltsam vor, viele Pkw-Hersteller verbauen auch Breitband-Sonden und brauchen keine derartige Kalibrierung.
Auf der anderen Seite kann man sich schon denken, dass einige hundert bis tausend Betriebsstunden ihre Spuren in Form von "Alterung" hinterlassen.

Einziger Ausweg: Messwerte!

Gesagt getan. Es wurde eine Fabrikneue LSU4.2 mit meiner bisherigen Testsonde verglichen. Die Testsonde habe ich ganz zu Beginn des CJ125-Experiments Gebraucht bei eBay gekauft (min. 100tkm!). Während der letzten Jahre wurde das Teil auch nicht geschont, die Sonde war billig und ein Ausfall somit vertretbar.

Gemessen wurde mit zwei Platinen der V3.3 (aktuell: V4.0):

Ergebnis der Testmessung: Nach rund 20 Minuten Befeuerung mit der Lötlampe sind alle Spuren der Kupferpaste am Sondengewinde verbrannt. Die Abweichung zwischen den Sonden ist nun mit weniger als 0,003 Lambda unter der angegebenen Genauigkeit von +-0,006 bzw +-0,008!


Vergleichsmessungen:

Man kann noch so viel rechnen und kalkulieren, doch am Ende weiß man trotzdem nicht, wie es um die Messgenauigkeit steht.

Viele Hersteller von sog. "Lambda Metern" geben nur gaaanz grobe Genauigkeiten an. Viele wollen den Kunden auch nur mit der Angabe von Auflösungen zufrieden stellen (und viele kennen leider den unterschied zwischen Genauigkeit und Auflösung nicht).

Mir wurde die Möglichkeit gegeben, meine Elektronik mit einem Referenzmessgerät zu testen.


Referenzmessgeraet:

Das Referenzgerät findet vor allem bei großen Automobilherstellern und -zulieferern Anwendung und ist preislich durchaus im mittleren vierstelligen Bereich angesiedelt.
Die Messgenauigkeit für dieses Gerät wird mit ±1,5% angegeben und sollte für's erste eine gute Referenz abgeben.


Der Versuchsaufbau:

Da beide Geräte mit einer Lambdasonde arbeiten, muss man es irgendwie schaffen, dass beide Sonden das gleiche Gas bei gleicher Temperatur bekommen.
Ich habe dies ganz einfach gelöst:

Der Grundkörper besteht aus einem Edelstahlrohr (DN50, 60,3mm Außendurchmesser) mit zwei eingeschweißten Gewindenippeln M18x1,5. Die Nippel sind im 90° Winkel zueinander angeschweißt, laut Datenblatt ist ein Neigungswinkel von mindestens 10° vorgeschrieben.

Da das Rohr nach ein paar Minuten "Betrieb" ordentlich heiß wird und diese Hitze auch in alle Richtungen abstrahlt, habe ich einen Meter Hitzeschutzband herumgewickelt. Danach sollte man aber mindestens ein mal richtig einheizen und der entstehenden Rauchwolke aus dem Weg gehen.

Damit die eingeschraubten Sonden der Flamme nicht direkt ausgesetzt sind, habe ich ein kleines Stück Blech ein wenig perforiert und vor den Sonden angebracht.
Mit dieser Maßnahme erhält man später auch wesentlich stabiliere Messwerte, was jedoch auf Kosten der Reaktionsgeschwindigkeit geht.

Vorne auch noch einen Deckel drauf und danach den Brenner anwerfen:

Die braun/graue Farbe des Hitzeschutzbandes stellt sich nach Rund 200 Gramm Baumarkt-Gas ein.

Messwerte:

Wenn alle Sonden verkabelt und der Datenlogger konfiguriert ist, kann man die ersten Messungen starten:

x-Achse: Zeit in Sekunden; y-Achse: Lambdawert; Eingetragene Werte: Sollwert

Den Start machte meine "Uralt" Lambdasonde. Dieses Modell habe ich Mitte 2008 gebraucht bei eBay für ein paar Euro ersteigert. Mit ihr habe ich alle Tests durchgeführt, deren Ende manchmal fragwürdig war.
Folgende Messwerte kamen bei der Messung heraus:

λ - ETAS LA3 λ - CJ125 Abweichung
1,51 1,555 3,0 %
1,17 1,218 4,1 %
1,04 1,066 2,5 %
0,86 0,849 1,3 %
0,93 0,942 1,3 %
Abweichung Max: 4,1 %
Abweichung Schnitt: 2,44 %

Eine Durchschnittliche Abweichung vom Referenzwert von 2,44% ist ziemlich gut für so eine alte Gurke von Lambdasonde. Außerdem muss man beachten, dass das LA3 selbst mit einem Fehler von ±1,5% daherkommt.

Weiter geht es mit der neuen Sonde. Hier hatte ich zu Beginn leider ein paar Probleme, da mit steigender Temperatur immer mehr Gase aus der Hitzeisolierung und durch die Kupferpaste am Gewinde austraten. Deshalb gab es erst nach einiger Zeit gute, stabile und plausible Messwerte:

x-Achse: Zeit in Sekunden; y-Achse: Lambdawert; Eingetragene Werte: Sollwert

Ich habe bei den Messungen mit den Brenner länger auf der selben Einstellung gelassen um besser Auswerten zu können. Die Schwankungen in den Werten kommen von einer Teilweise instabilen Flamme bzw. Einflüsse durch Verwehungen.

λ - ETAS LA3 λ - CJ125 Abweichung
1,23 1,27 3,3 %
1,29 1,31 1,6 %
0,86 0,85 1,2 %
1,10 1,11 0,9 %
1,03 1,05 1,9 %
0,97 0,98 1,0 %
1,37 1,40 2,2 %
Abweichung Max: 3,3 %
Abweichung Schnitt: 1,73 %

Ich würde mal sagen: Nicht schlecht!

Da das LA3 auch einen analogen Ausgang besitzt, habe ich beide Signale mitgeloggt (und in einen Lambdawert umgerechnet):

x-Achse: Zeit in Sekunden; y-Achse: Lambdawert


Pruefgase:

Zum Schluss noch ein Wort zum Thema "Prüfgase".
Mit diesen Gasen kann man ganz einfach die absolute Genauigkeit der Lambdasonden bzw. der Elektronik erfassen. Aber leider ist diese vermeintlich einfache Lösung auch eine sehr teure. Mir liegen Angebote von einer bekannten Firma vor:

  • Prüfgas für Lambda = 0,8 (3,15% Wasserstoff, 3,15% Kohlendioxid und 4,05% Kohlenmonoxid in Stickstoff): Rund 490€ für 2l (150bar)
  • Prüfgas für Lambda = 1,7 (8,29% Sauerstoff in Stickstoff): Etwas über 120€ für 2l (150bar)
  • Prüfgas für Lambda = 1,0 (Nur Stickstoff): 60€ für 10l

Fast 700 Euro für drei Messgase...das ist leider etwas zu viel.