Bagaimana Penderia Tekanan Tayar Berfungsi? Memahami TPMS Langsung dan Tidak Langsung

Seorang pemandu memandu pada kelajuan 70 mph apabila papan pemuka menunjukkan ikon tekanan tayar kuning. Tayar tidak kelihatan pancit, dan kenderaan masih mengendalikan seperti biasa. Apa yang berlaku ialah sensor tekanan MEMS yang dipasang di dalam roda mengesan bahawa tekanan mutlak telah menurun daripada garis dasar 2.2 bar kepada kira-kira 1.9 bar. Sensor itu menukar tekanan fizikal kepada voltan, mendigitalkannya, dan menghantarnya pada 433.92 MHz ke modul kawalan badan, yang kemudian mencetuskan amaran. Senario ini berulang berjuta-juta kali setiap hari di jalan raya di seluruh dunia. Mengetahui cara penderia tekanan tayar berfungsi bukan sekadar trivia kejuruteraan; ia adalah asas untuk memilih komponen yang betul dan untuk mereka bentuk sistem pemantauan tekanan automotif yang boleh dipercayai.

Apa Yang Diukur Sebenarnya Penderia Tekanan Tayar

Sensor tekanan tayar mengukur tekanan udara mutlak di dalam rongga tayar, biasanya dalam julat 100 hingga 400 kPa (1.0 hingga 4.0 bar), dan menghantar bacaan itu secara wayarles ke ECU kenderaan dengan resolusi kira-kira 1 kPa.

Elemen penderiaan ialah cip sensor tekanan MEMS: silikon kecil dengan diafragma responsif nipis. Apabila tekanan udara tayar menolak diafragma ini, membran membengkok beberapa persepuluh mikrometer. Pesongan mekanikal itu ialah peristiwa fizikal yang akhirnya menjadi nombor pada papan pemuka anda. Penderia dibina sebagai peranti tekanan mutlak kerana ia perlu membandingkan tekanan tayar dalaman dengan rujukan vakum tertutup. Tekanan atmosfera berubah mengikut ketinggian dan cuaca, jadi rujukan tolok akan memperkenalkan ralat sehingga 30 kPa dalam satu pemacu.

Bagaimana Cip MEMS Menukar Tekanan kepada Data

Penukaran daripada pesongan mekanikal kepada data digital mengikut rantaian empat langkah: anjakan diafragma, perubahan rintangan merentas jambatan Wheatstone, penyaman isyarat analog dan penghantaran frekuensi radio.

• Pesongan diafragma: satu bar tekanan menggerakkan diafragma silikon biasa sebanyak 0.5 hingga 1 mikrometer.
• Jambatan Wheatstone: elemen piezoresistif bercorak pada rintangan perubahan diafragma sebanyak 1 hingga 3 peratus berbanding skala tekanan penuh.
• Penyaman isyarat: ASIC menguatkan voltan jambatan, menggunakan pampasan suhu dan memproses hasilnya menjadi data digital 10 hingga 12 bit.
• Penghantaran RF: bingkai yang diproses dimodulasi ke pembawa 433.92 MHz atau 315 MHz dan disiarkan ke unit penerima.

Suhu adalah pembolehubah terbesar yang merosakkan bacaan tekanan. Penderia yang ditentukur pada 20 C akan melihat tekanan udara meningkat sebanyak 50 kPa merentasi julat yang ditunjukkan di atas. Tanpa pampasan, unit yang tidak diberi pampasan akan melaporkan nilai yang terlalu rendah sebanyak kira-kira 20 kPa pada pagi musim sejuk, cukup untuk mencetuskan amaran palsu.

Untuk melihat lebih luas tentang teknologi di sebalik peranti ini, lihat panduan ini untuk Sensor tekanan MEMS .

TPMS Langsung vs Tidak Langsung: Bagaimana Kedua-dua Pendekatan Berbeza

TPMS langsung menggunakan sensor tekanan fizikal dalam setiap roda. TPMS tidak langsung menggunakan penderia kelajuan roda ABS sedia ada kenderaan untuk menganggar tekanan. Hanya TPMS langsung mengembalikan nilai tekanan sebenar.

Kebanyakan kenderaan moden menggunakan TPMS terus kerana ia memberikan bacaan yang tepat untuk setiap tayar, yang penting untuk mengesan kebocoran yang perlahan dan mencegah kehausan bunga yang tidak sekata. Teknologi penderia tekanan MEMS yang sama juga muncul dalam sensor tekanan dalam kenderaan moden di luar TPMS, termasuk pemantauan tekanan minyak dan sistem brek.

Empat Spesifikasi Yang Menentukan Pemilihan Penderia Tekanan Tayar

Julat tekanan, ketepatan, isyarat keluaran dan pembungkusan ialah empat parameter yang menentukan sama ada penderia tekanan tayar akan berfungsi dengan pasti di lapangan.

Untuk kereta penumpang yang berjalan pada 2.2 hingga 2.5 bar, ambang amaran biasanya ditetapkan pada 25 peratus di bawah tekanan yang disyorkan pengeluar. Julat 0 hingga 4 bar meliputi aplikasi itu tanpa menjadi begitu luas sehingga ia mengorbankan resolusi penderia.

Ketepatan adalah kekangan seterusnya. Offset 0.3 bar boleh menyembunyikan kebocoran perlahan atau menghasilkan penggera palsu, itulah sebabnya penderia tekanan MEMS gred automotif terbaik mencapai /-0.2 peratus daripada rentang skala penuh. Pada sensor 4 bar, iaitu kira-kira 8 kPa elaun ralat.

Isyarat keluaran ialah titik keputusan ketiga. Output voltan analog dalam julat 0.5 hingga 4.5 V adalah mudah dan digunakan secara meluas, manakala output digital seperti I2C dan SPI mengurangkan kerentanan kepada hingar elektromagnet dalam abah-abah kenderaan. Untuk TPMS terus dalam laluan getaran tinggi, isyarat digital semakin diutamakan.

Pembungkusan menentukan betapa mudahnya sensor boleh disepadukan ke dalam injap tayar atau rim roda. Pakej DIP dan SIP menyokong pemasangan PCB, manakala pakej SOP adalah perkara biasa apabila penderia berada dalam pemasangan batang injap. Peranti ini juga perlu bertahan pada tahap getaran sekitar 50 g pada frekuensi sehingga 1 kHz.

Penderia Tekanan Mutlak MCP-J10, MCP-J11 dan MCP-J12 untuk Kegunaan Automotif Penderia tekanan mutlak yang ditentukur ini menawarkan output analog atau digital, mengukur sehingga 4 bar, dan diberi pampasan suhu sepanjang rentang kenderaan penuh, menjadikannya sesuai untuk sistem pemantauan tekanan tayar. Lihat Produk →

MemsTech, yang berpangkalan di Zon Pembangunan Perindustrian Berteknologi Tinggi Nasional Wuxi, membina penderia tekanan automotif di sekeliling keperluan ini. Siri MCPJ10, MCPJ11 dan MCPJ12 ialah penderia tekanan mutlak dengan julat ukuran 0 hingga 4 bar, tersedia dalam kedua-dua versi keluaran analog dan digital, dan proses penentukurannya meliputi rentang suhu penuh kenderaan.

Mengapa Pampasan Suhu Adalah Kritikal dalam Penderia Tekanan Tayar

Suhu di dalam tayar boleh berubah dari -40 C di tempat letak kereta musim sejuk kepada 80 C pada kelajuan lebuh raya. Jika sensor tidak diberi pampasan, drift ini sahaja boleh memperkenalkan ralat 15 hingga 20 kPa, yang cukup besar untuk mencetuskan amaran tekanan rendah palsu.

Setiap unit ditentukur kilang pada beberapa titik suhu. Pekali pampasan disimpan dalam ASIC dalaman sensor semasa pengeluaran, jadi output akhir dibetulkan secara automatik apabila tayar panas dan sejuk. MemsTech mengikuti proses ini di dalam kemudahan 2,000 meter perseginya, dengan keupayaan dalaman meliputi pembungkusan, kimpalan, pampasan suhu dan penentukuran prestasi. Setiap peranti diuji pada skala sifar dan penuh sebelum penghantaran untuk memastikan konsistensi kelompok.

Sensor Tekanan Siri MCP-J20 untuk Aplikasi Manifold Automotif dan Motosikal Direka bentuk untuk penderiaan tekanan manifold intake dalam kereta dan motosikal, siri ini menyediakan output analog dengan julat pilihan sehingga 1000 kPa, dan ditentukur untuk ketepatan tanpa penentukuran sebelah pelanggan. Lihat Produk →

Siri MCPJ20 memanjangkan seni bina penderiaan mutlak yang sama kepada set aplikasi automotif yang lebih luas, termasuk platform SUV dan trak ringan yang lebih besar dengan tekanan inflasi sejuk yang lebih tinggi.

Soalan Lazim

Berapa lama bateri penderia tekanan tayar bertahan?

Penderia TPMS langsung ialah unit yang dimeterai dengan hayat bateri selama 5 hingga 10 tahun. Apabila bateri kehabisan, keseluruhan pemasangan sensor mesti diganti, kerana bateri tidak boleh diservis di dalam unit injap tertutup.

Bolehkah saya menggantikan penderia tekanan tayar tanpa menukar batang injap?

Dalam kebanyakan sistem TPMS langsung, sensor disepadukan dengan batang injap. Sesetengah kit selepas pasaran membenarkan penggantian penderia sahaja, tetapi menggantikan keseluruhan pemasangan adalah prosedur perkhidmatan standard dan lebih dipercayai.

Apakah tekanan tayar yang harus dibaca oleh sensor TPMS?

Bagi kebanyakan kereta penumpang, tekanan tayar sejuk yang disyorkan ialah 2.2 hingga 2.4 bar (32 hingga 35 psi). Ambang amaran TPMS biasanya ditetapkan pada kira-kira 25 peratus di bawah pengesyoran tersebut.

Mengapa lampu TPMS saya menyala apabila cuaca sejuk?

Udara sejuk mengecut. Untuk penurunan 10 C dalam suhu ambien, tekanan tayar boleh turun sebanyak 7 hingga 10 kPa. Jika tayar sudah hampir dengan ambang amaran, penurunan ini sudah cukup untuk mengaktifkan amaran.