Cum funcționează un senzor de presiune în anvelope? Înțelegerea TPMS direct și indirect

Un șofer circulă cu 70 mph când tabloul de bord arată o pictogramă galbenă a presiunii în anvelope. Anvelopa nu este vizibil plată, iar vehiculul încă se descurcă normal. Ceea ce s-a întâmplat este că un senzor de presiune MEMS montat în interiorul roții a detectat că presiunea absolută a scăzut de la o linie de bază de 2,2 bar la aproximativ 1,9 bar. Senzorul a transformat presiunea fizică într-o tensiune, a digitizat-o și a transmis-o la 433,92 MHz către modulul de control al caroseriei, care a declanșat apoi avertismentul. Acest scenariu se repetă de milioane de ori în fiecare zi pe drumurile din întreaga lume. A ști cum funcționează un senzor de presiune în anvelope nu este doar o trivială de inginerie; este baza pentru alegerea componentei potrivite și pentru proiectarea unui sistem fiabil de monitorizare a presiunii auto.

Ce măsoară de fapt un senzor de presiune în anvelope

Un senzor de presiune a anvelopei măsoară presiunea absolută a aerului din interiorul cavității anvelopei, de obicei într-un interval de 100 până la 400 kPa (1,0 până la 4,0 bar) și transmite această citire fără fir către ECU al vehiculului cu o rezoluție de aproximativ 1 kPa.

Elementul de detectare este un cip cu senzor de presiune MEMS: o matriță mică de siliciu cu o diafragmă subțire, sensibilă. Când presiunea aerului în pneuri împinge această diafragmă, membrana se îndoaie cu câteva zecimi de micrometru. Acea deviere mecanică este evenimentul fizic care devine în cele din urmă numărul de pe tabloul de bord. Senzorul este construit ca un dispozitiv de presiune absolută deoarece trebuie să compare presiunea internă a pneurilor cu o referință de vid sigilată. Presiunea atmosferică se modifică odată cu altitudinea și vremea, astfel încât o referință de măsurare ar introduce erori de până la 30 kPa într-o singură unitate.

Cum convertește cipul MEMS presiunea în date

Conversia de la deviația mecanică la datele digitale urmează un lanț în patru pași: deplasarea diafragmei, schimbarea rezistenței pe o punte Wheatstone, condiționarea semnalului analogic și transmisia de frecvență radio.

• Deformarea diafragmei: un bar de presiune deplasează o diafragmă tipică din silicon cu 0,5 până la 1 micrometru.
• Punte Wheatstone: elementele piezoresistive modelate pe diafragmă schimbă rezistența cu 1 până la 3 procente pe scara completă a presiunii.
• Condiționarea semnalului: un ASIC amplifică tensiunea punții, aplică compensarea temperaturii și procesează rezultatul în date digitale de 10 până la 12 biți.
• Transmisie RF: cadrul procesat este modulat pe o purtătoare de 433,92 MHz sau 315 MHz și difuzat către unitatea receptor.

Temperatura este cea mai mare variabilă care corupă citirea presiunii. Un senzor calibrat la 20 C ar vedea creșterea presiunii aerului cu 50 kPa în intervalul prezentat mai sus. Fără compensare, o unitate necompensată ar raporta o valoare prea mică cu aproximativ 20 kPa într-o dimineață de iarnă, suficientă pentru a declanșa un avertisment fals.

Pentru o privire mai amplă asupra tehnologiei din spatele acestor dispozitive, consultați acest ghid Senzori de presiune MEMS .

TPMS direct vs indirect: cum diferă cele două abordări

TPMS direct folosește un senzor fizic de presiune în fiecare roată. TPMS indirect folosește senzorii de viteză ale roților ABS existenți ai vehiculului pentru a estima presiunea. Doar TPMS direct returnează o valoare reală a presiunii.

Majoritatea vehiculelor moderne folosesc TPMS direct, deoarece oferă o citire precisă pentru fiecare anvelopă, ceea ce este esențial pentru detectarea scurgerilor lente și prevenirea uzurii neuniforme a benzii de rulare. Aceeași tehnologie a senzorului de presiune MEMS apare și în senzori de presiune în vehiculele moderne dincolo de TPMS, inclusiv monitorizarea presiunii uleiului și sistemele de frânare.

Patru specificații care dictează selectarea senzorului de presiune în anvelope

Intervalul de presiune, precizia, semnalul de ieșire și ambalajul sunt cei patru parametri care determină dacă un senzor de presiune în anvelope va funcționa fiabil pe teren.

Pentru o mașină care rulează la 2,2 până la 2,5 bari, pragul de avertizare este setat în mod normal la 25% sub presiunea recomandată de producător. Un interval de la 0 la 4 bar acoperă acea aplicație fără a deveni atât de mare încât să sacrifice rezoluția senzorului.

Precizia este următoarea constrângere. O compensare de 0,3 bar ar putea ascunde o scurgere lentă sau poate produce o alarmă falsă, motiv pentru care cei mai buni senzori de presiune MEMS de calitate auto ating /-0,2 la sută din scara maximă. Pe un senzor de 4 bari, adică aproximativ 8 kPa de eroare.

Semnalul de ieșire este al treilea punct de decizie. Ieșirea de tensiune analogică în intervalul de la 0,5 la 4,5 V este simplă și utilizată pe scară largă, în timp ce ieșirile digitale precum I2C și SPI reduc susceptibilitatea la zgomotul electromagnetic din cablajul vehiculului. Pentru TPMS direct pe o rută cu vibrații mari, semnalele digitale sunt din ce în ce mai preferate.

Ambalajul determină cât de ușor poate fi integrat senzorul în supapa anvelopei sau janta roții. Pachetele DIP și SIP acceptă montarea PCB, în timp ce pachetele SOP sunt comune atunci când senzorul se află în ansamblul tijei supapei. De asemenea, dispozitivul trebuie să supraviețuiască la niveluri de vibrații de aproximativ 50 g la frecvențe de până la 1 kHz.

Senzori de presiune absolută MCP-J10, MCP-J11 și MCP-J12 pentru uz auto Acești senzori de presiune absolută calibrați oferă ieșire analogică sau digitală, măsoară până la 4 bar și sunt compensați cu temperatură pe toată durata vehiculului, făcându-i potriviți pentru sistemele de monitorizare a presiunii în anvelope. Vizualizare produs →

MemsTech, cu sediul în Zona Națională de Dezvoltare Industrială de înaltă tehnologie din Wuxi, construiește senzori de presiune pentru automobile în jurul acestor cerințe. Seriile MCPJ10, MCPJ11 și MCPJ12 sunt senzori de presiune absolută cu un domeniu de măsurare de la 0 la 4 bari, disponibili atât în ​​versiuni de ieșire analogică, cât și în versiunea digitală, iar procesul lor de calibrare acoperă întreaga durată a temperaturii vehiculului.

De ce este critică compensarea temperaturii într-un senzor de presiune în anvelope

Temperatura din interiorul unei anvelope poate oscila de la -40 C într-o parcare de iarnă la 80 C la viteza pe autostradă. Dacă senzorul nu este compensat, această deriva poate introduce o eroare de 15 până la 20 kPa, care este suficient de mare pentru a declanșa o avertizare falsă de joasă presiune.

Fiecare unitate este calibrată din fabrică la mai multe puncte de temperatură. Coeficienții de compensare sunt stocați în ASIC-ul intern al senzorului în timpul producției, astfel încât rezultatul final este corectat automat pe măsură ce anvelopa se încălzește și se răcește. MemsTech urmează acest proces în interiorul fabricii sale de 2.000 de metri pătrați, cu capacități interne care acoperă ambalarea, sudarea, compensarea temperaturii și calibrarea performanței. Fiecare dispozitiv este testat la scară zero și la scară completă înainte de expediere pentru a asigura consistența lotului.

Senzori de presiune din seria MCP-J20 pentru aplicații de colectoare pentru automobile și motociclete Proiectată pentru detectarea presiunii în galeria de admisie în mașini și motociclete, această serie oferă ieșire analogică cu intervale opționale de până la 1000 kPa și este calibrată pentru precizie fără calibrare de partea clientului. Vizualizare produs →

Seria MCPJ20 extinde aceeași arhitectură de detectare absolută la un set mai larg de aplicații auto, inclusiv platforme mai mari de SUV și camioane ușoare cu presiuni mai mari de umflare la rece.

Întrebări frecvente

Cât durează o baterie a senzorului de presiune în anvelope?

Senzorii TPMS directi sunt unități sigilate cu o durată de viață a bateriei de 5 până la 10 ani. Când bateria este epuizată, întreg ansamblul senzorului trebuie înlocuit, deoarece bateria nu poate fi reparată în interiorul unei unități de supapă etanșă.

Pot înlocui un senzor de presiune în anvelope fără a schimba tija supapei?

În majoritatea sistemelor TPMS directe, senzorul este integrat cu tija supapei. Unele kituri aftermarket permit o înlocuire doar cu senzori, dar înlocuirea întregului ansamblu este procedura standard de service și este mai fiabilă.

Ce presiune în anvelope ar trebui să citească un senzor TPMS?

Pentru majoritatea autoturismelor, presiunea recomandată în anvelope la rece este de 2,2 până la 2,4 bar (32 până la 35 psi). Pragul de avertizare TPMS este de obicei setat la aproximativ 25% sub această recomandare.

De ce se aprinde lumina mea TPMS când vremea este rece?

Contracte de aer rece. Pentru o scădere a temperaturii ambiante cu 10 C, presiunea în pneuri poate scădea cu 7 până la 10 kPa. Dacă anvelopa era deja aproape de pragul de avertizare, această scădere este suficientă pentru a activa alerta.