Kompressionstester selbst bauen

Ich bin mir fast sicher, dass so ein analoger HKM Tester ziemlich genau den höchsten Wert vom DIY Tester anzeigen wird. Wir haben den Tester ja mal gegen den alten RCT getestet und die Ergebnisse waren im Grunde die selben, auch der hat einfach Druck gemessen- und das machen die analogen auch. Was und warum Mazda nach oben korrigiert weiß ich nach wie vor nicht, aber hier waren sich ja alle einig, dass es das Ziel sein sollte vergleichbare Werte zu erzeugen.
Eure Messmethodik damals war dann ja genau die von mir vorgeschlagene, da man keine echten Unterschiede zwischen den Rotoren sieht was die Abweichung betrifft denke ich das es aber keinen entscheidenden Unterschied macht, bzw. so schnell gemessen wurde, dass die Temperatur nicht entscheidet anders war.
Ich bin ganz guter Dinge was die Messungen betrifft, es gibt einen 1,3kW Anlasser und ich habe ja gerade einen S2 Anlasser eingebaut, alleine damit wird man schon deutliche Unterschiede in den Rohdaten erzeugen. Wenn es sich aufgrund der Daten anbietet können wir auch nochmal Anlasser tauschen, z.B. wenn ein Auto eh schon gute Kompression hat, das mit dem schnellen Anlasser messen, oder bei tiefen Werten den kleinen Anlasser nehmen, ist ja schnell umgebaut.. Ich habe auch noch eine schlappe Batterie im Keller mit der sich tiefere Werte erzeugen lassen.

Ich erinnere nochmal hier dran. Bei der Kalibration wird erwähnt, dass man bei 5kg/cm^2 statischen Druck die Anzeige auf 5,6kg/cm^2 eingestellt werden soll, dass wären 12% Korrentur. Direkt dahinter steht was von 12,5%. Es ist natürlich gut möglich, dass die Korrektur bei statischen Druck der nötigen Totraumkorrektur entspricht.
Bisher sieht es so aus, als ob sich das mit den Vergleichsmessungen deckt, ich habe bisher im Mittelwert 12,29%.

Heute haben wir einige Vergleichsmessungen durchgeführt. Nachdem ich mir die Daten etwas genauer angesehen habe, denke ich das die Korrektur nicht völlig linear ist. Es sieht so aus, als ob die Korrektur grösser ausfallen muss, wenn der gemessene Wert klein ist. Hier mal ein Plot der das verdeutlicht:

Die X-Achse ist der gemessene Wert in bar, die y-Achse die nötige Korrektur um auf den Wert des Mazda Testers zu kommen. Ich habe mich daher von einer konstanten prozentualen Korrektur gelöst und eine Funktion geschrieben, welche die prozentuale Korrektur in Abhängigkeit des gemessenen Wertes bestimmt. Der Zusammengang sieht ziemlich linear aus, wenn ich ihn mit den vorhandenen Daten implementiere treffe ich die Werte des Mazda-Testers auf +/-0,1bar.
Bei den Messungen ist auf aufgefallen, dass die neuen Drucksensoren der neuen Tester die ich gerade gebaut habe, andere Werte abbilden als die alten von 2018. Ich kann das nicht erklären, die Spezifikationen der Sensoren ist identisch. Um auch hier realistische Werte zu bekommen muss ich daher leider einen 2. Firmware veröffentlichen. Der Zusammenhang sieht genau so aus, aber die Werte sind anderes. Die Korrektur funktioniert auch hier sehr gut, allerdings könnte ich noch ein paar Messreihen gebrauchen, um die Datenlage zu verbessern.
Ich habe 2 Programme geschrieben, welche die entsprechenden Korrekturen beinhalten, allerdings sind die noch nicht getestet. Wenn jemand eins der Programme testen könnte wäre das super.

TR01.1_OS_v1.0_bar ist für die alten Tester von 2018
TR01.2_OS_v1.0_bar ist für die neuen Tester von 2020 die ich nächste Woche verschicken werde.

Mir würde es schon helfen, wenn jemand mit einem der neuen Programme eine Messung durchführen könnte um zu sehen ob das so funktioniert. In Excel klappt es wunderbar, aber ich musste es in code übersetzten..

Ja, die Baudrate muss immer die selbe sein wie Programm, solang eine Ausgabe auf dem Serial Monitor kommt ist alles gut. Kann sein das ich in der wiki noch eine andere Baudrate angegeben hatte.
Ich habe das Programm nochmal an einen Freund geschickt der mehr Ahnung hat als ich. Wenn der einen Fehler findet lade ich nochmal neu hoch. Schreib mich nochmal an bevor ihr testet, dann sag ich Dir ob es so klappen sollte.
Die Änderung war nicht ganz trivial weil die Korrektur keine konstante Prozentzahl mehr ist, sondern für jeden Wert einzelnd berechnet wird.

Theoretisch sollte es gehen. Ich bin aber kein so guter Programmierer, dass ich immer alles ohne Test sehe. Und ein Test ist immer eher aufwändig, ich kann das Programm nur am Auto testen.
Ich habe den Code an einen Freund geschickt, der das professionell macht, der schaut sich das an und sieht ziemlich sicher auch ohne Test, ob das was ich gemacht habe funktioniert.
Wenn es geht wartet noch bis ich Feedback von ihm habe, ich melde mich bei Dir! Falls euch das zu lange dauert müsst ihr es einfach probieren, falls es nicht funktioniert nehmt die alte 0.4 Version, wenn Du mir dann die Daten gibst, kann ich die auch auf die neue Korrektur umrechnen..

Ich denke nicht, aber da es nicht in meinen Händen liegt kann ich nichts versprechen..

Tatsächlich sogar beides, wir haben gestern 3 Autos (also 18 Kammern) gemessen, mit Mazda-Tester und DIY. Bei einem Auto haben wir für den Versuch einen 2kW Anlasser eingebaut und daher Werte mit verschiedenen rpms generiert (einmal mit ca. 185rpm 1,3kW und einmal ca. 250rpm mit 2,0kW).
Die Excel Tabelle die ich dafür gemacht habe ist ziemlich grausam geworden, aber die relevanten Daten sind im Plot weiter oben drin.
Es sieht schon sehr deutlich so aus, als wenn die Korrektur vom Wert selbst abhängt finde ich.
Ich habe die Testversionen der Programme nochmal überarbeitet und hänge sie hier an. Ich schreibe hier auch den Code einmal rein, wer mag kann gerne drüber sehen und mir feedback geben, ob das so funktioniert. Der neue Teil betrifft die for Schreife in der der Druck des einzelnen Kammern bestimmt wird. Zusätzlich wird in der Schleife jetzt auch der Korrekturfaktor für die Kammer berechnet. In der Ausgabe wird der Druckwert dann mit dem Korrektur-Faktor multipliziert, ich kann das hier leider nicht farblich markieren. Dazu ist die konstante prozentuale Korrektor (dead-space) nicht mehr mit drin. Der Code ist der für den alten Tester von 2018, für den neuen sind die Werte für "m" und "b" anders, sonst ist es das selbe.

/*TR-01 Rotary Compression Tester
  Originally distributed by John Doss 2017, modified for output in bar and
  normalized values for 250rpm by Miro Bogner 2018


  This code assumes you're using a 0-200 psi - 0.5-4.5 vdc pressure transducer
  connected to the AI0 pin. You can use sensors with other pressure or voltage
  ranges but you'll need to modify the code.
  This firmware is matched to the first version of the sensor, built in 2018.
  It should provide values close to the Mazda OEM Tester for these devices.
*/


#define SENSOR 0                                                // Analog input pin that sensor is connected too


const float m = -0.015827992427316;                             // correction factor to match values to the Mazda OEM Tester
const float b = 0.239643773604149;                              // correction factor to match values to the Mazda OEM Tester
const float bar_factor = 0.1683290354778;                       // factor to calculate bar (x10) from analog sensor values
const float a0 = 8.5944582043344;                               // polynom Fit a0 to norm values to 250rpm
const float a1 = -4.8028702270382E-02;                          // polynom Fit a1 to norm values to 250rpm
const float a2 = 5.4250515995872E-05;                           // polynom Fit a2 to norm values to 250rpm
const int baseline = 200;                                       // If sensor reading are below baseline we assume there is no measurement
const int no_measurement_series = 3;                            // We record 3 sets of values as we consider the first and last two unreliable
const int reliable_measurement = no_measurement_series / 2;
const int no_chambers = 3;                                      // The rotary engine has three chambers
const int max_threshold = 15;                                   // Threshold to look for max and min values, cannot be zero due to noise
const int min_threshold = 15;


int max_buffer[no_measurement_series][no_chambers];             // Buffer to store pressure values
unsigned long rpm[no_measurement_series];                       // Buffer to store rpm values


char buf1[5], buf2[75];                                         // Definde char buffers for temp and output


void setup() {
  Serial.begin(57600);                                          // serial speed
  delay(500);                                                   // hang out for half a second


  Serial.println("      TR-01 Open-Source");
  Serial.println( "Rotary Engine Compression Tester");
  Serial.println("Firmware v1.0 Tester Version 1/2018");
  Serial.println("");
}


int find_max() {                                                // Function to look for pressure peaks
  int current_max = 0;
  int sensor_measurement = analogRead(SENSOR);
  while ((current_max - sensor_measurement) < max_threshold) {
    if (sensor_measurement > current_max)
      current_max = sensor_measurement;
    sensor_measurement = (analogRead(SENSOR));
  }
  int current_min = sensor_measurement;
  while ((sensor_measurement - current_min) < min_threshold) {
    sensor_measurement = (analogRead(SENSOR));
    if (sensor_measurement < current_min)
      current_min = sensor_measurement;
  }
  return current_max;
}


void loop() {


  if (analogRead(SENSOR) < baseline) {                          // Only start measuring once we exceed the baseline
    return;
  }


  for (int i = 0; i < no_measurement_series; ++i) {
    unsigned long start_time = millis();                        // record cycle begining time for RPM calculation
    for (int chamber = 0; chamber < no_chambers; ++chamber) {
      max_buffer[i][chamber] = find_max();
    }
    unsigned long end_time = millis();                          // record cycle end time for RPM calculation
    rpm[i] = round(180000.f / (end_time - start_time));
  }


  float pressure_chamber[no_chambers];
  float correction_factor[no_chambers];
  float rpm_correction = a0 + a1 * rpm[reliable_measurement] + a2 * sq(rpm[reliable_measurement]);
  for (int chamber = 0; chamber < no_chambers; ++chamber) {
    pressure_chamber[chamber] = (float) round((max_buffer[reliable_measurement][chamber] - 102.4) * bar_factor) / 10.f;
    correction_factor[chamber] = (pressure_chamber[chamber] * m + b) + 1;
  }
  strcpy(buf2, "BAR: ");
  for (int chamber = 0; chamber < no_chambers; ++chamber) {
    dtostrf(pressure_chamber[chamber] * correction_factor[chamber], 3, 1, buf1);
    strcat(buf2, buf1);
    strcat(buf2, " ");
  }
  strcat(buf2, "RPM: ");
  itoa(rpm[reliable_measurement], buf1, 10);
  strcat(buf2, buf1);
  strcat(buf2, " BAR: ");
  for (int chamber = 0; chamber < no_chambers; ++chamber) {
    dtostrf(pressure_chamber[chamber] * correction_factor[chamber] + rpm_correction, 3, 1, buf1);
    strcat(buf2, buf1);
    strcat(buf2, " ");
  }
  strcat(buf2, "@250 RPM");
  Serial.println(buf2);
}

Ab ca. 15bar wäre die Korrektur sogar negativ. Allerdings bezweifle ich, dass der Bereich sinnvoll abgedeckt werden kann- und vermutlich auch nicht muss (es sei denn jemand verbaut man einen 5kW Anlasser ;-))
Ich habe mich nicht wirklich mit der Physik aufgehalten, sondern einfach versucht einen Zusammenhang in den Zahlen zu sehen. Ich poste jetzt doch mal Ausschnitte aus der Tabelle:

erste Spalte Mazda Tester, zweite DIY Tester, 3. prozentuale Abweichung der gemessenen Werte. Der Mittelwert aller gemessener Abweichungen ist 14,11%. Wenn man sich die Daten ansieht fällt aber auf, dass die nötigen Korrekturen scheinbar grösser werden, wenn der gemessene Wert klein ist.
Ich habe daher die lineare Funktion aus dem Plot oben gerechnet und die Korrektur damit mit der statisch prozentualen Korrektur verglichen.

Die Spalte 4 entspricht der Korrektur über die lineare Funktion, die letzte Spalte ist über den fixen Prozentwert errechnet. In diesem Beispiel funktioniert beides bis auf die erste Kommastelle, ich habe dann so eine Art Chi-Test gerechnet (Summe der Quadrate zwischen der Subtraktion von errechnetem Wert und dem Wert des Mazda-Testers. Auf die Daten die habe konnte ich den Wert mit der linearen Korrektur mehr als halbieren. Allerdings habe ich leider keine Zahlen über 8bar, das wäre noch schön um den Zusammenhang zu bestätigen.

Zitat von Commander_Keen

Nur zum Verständnis: Warum nicht?

Weil sie in der Gesamtkorrektur enthalten ist, ich habe keinen Sinn darin gesehen, die Korrektur in 2 Teile zu spalten, zumal die Dead-Space Korrektur auch nur geraten war. Man könnte natürlich auch 4% statisch korrigieren und den Rest über eine lineare Funktion, ich denke aber nicht das man das Ergebnis damit verbessern würde.

Ich habe mal eine Korrektur mit 4% konstantem Anteil und einer linearen Funktion darüber gerechnet. Funktioniert auch. Das Chi wird logischer Weise ein bisschen grösser, weil die lineare Korrektur die Werte besser abbildet.
Für den V1 Tester:
Chi: linear: 0,11, prozentual: 0,26, mixed: 0,16

wobei 0 hiesse, dass alle Werte perfekt abgebildet werden.
Rein rechnerisch ist die lineare Korrektur wie jetzt in der firmware umgesetzt eine sehr gute Lösung, allerdings reichen die Daten natürlich nicht aus um vollständig sicher zu sein. Auch mit der "mixed" Korrektur treffe ich die Werte auf +/- 0,1bar.

Warte einfach auf das Feedback von meinem Freund, der weiß was er tut- wenn er sagt das geht so, wird es auch funktionieren.