Bagaimana Cara Kerja Sensor Tekanan Ban? Pengertian TPMS Langsung dan Tidak Langsung

Seorang pengemudi sedang melaju dengan kecepatan 70 mph ketika dasbor menunjukkan ikon tekanan ban berwarna kuning. Ban tidak terlihat kempes, dan kendaraan masih dapat dikendalikan dengan normal. Apa yang terjadi adalah sensor tekanan MEMS yang dipasang di dalam roda mendeteksi bahwa tekanan absolut telah turun dari garis dasar 2,2 bar menjadi sekitar 1,9 bar. Sensor tersebut mengubah tekanan fisik menjadi tegangan, mendigitalkannya, dan mengirimkannya pada frekuensi 433,92 MHz ke modul kontrol tubuh, yang kemudian memicu peringatan. Skenario ini berulang jutaan kali setiap hari di jalan raya di seluruh dunia. Mengetahui cara kerja sensor tekanan ban bukan sekadar hal sepele; ini adalah dasar untuk memilih komponen yang tepat dan untuk merancang sistem pemantauan tekanan otomotif yang andal.

Apa yang Sebenarnya Diukur oleh Sensor Tekanan Ban

Sensor tekanan ban mengukur tekanan udara absolut di dalam rongga ban, biasanya pada kisaran 100 hingga 400 kPa (1,0 hingga 4,0 bar), dan mengirimkan pembacaan tersebut secara nirkabel ke ECU kendaraan dengan resolusi sekitar 1 kPa.

Elemen penginderaannya adalah chip sensor tekanan MEMS: cetakan silikon kecil dengan diafragma responsif tipis. Ketika tekanan udara ban menekan diafragma ini, membran tersebut melengkung beberapa persepuluh mikrometer. Lendutan mekanis tersebut adalah peristiwa fisik yang pada akhirnya menjadi angka di dashboard Anda. Sensor ini dibuat sebagai perangkat tekanan absolut karena perlu membandingkan tekanan internal ban dengan referensi vakum tertutup. Tekanan atmosfer berubah seiring ketinggian dan cuaca, sehingga referensi pengukur akan menimbulkan kesalahan hingga 30 kPa dalam satu penggerak.

Bagaimana Chip MEMS Mengubah Tekanan menjadi Data

Konversi dari defleksi mekanis ke data digital mengikuti rantai empat langkah: perpindahan diafragma, perubahan resistansi melintasi jembatan Wheatstone, pengkondisian sinyal analog, dan transmisi frekuensi radio.

• Lendutan diafragma: satu bar tekanan menggerakkan diafragma silikon sebesar 0,5 hingga 1 mikrometer.
• Jembatan Wheatstone: elemen piezoresistif yang berpola pada diafragma mengubah resistensi sebesar 1 hingga 3 persen pada skala tekanan penuh.
• Pengkondisian sinyal: ASIC memperkuat tegangan jembatan, menerapkan kompensasi suhu, dan memproses hasilnya menjadi data digital 10 hingga 12 bit.
• Transmisi RF: frame yang diproses dimodulasi ke pembawa 433,92 MHz atau 315 MHz dan disiarkan ke unit penerima.

Suhu adalah variabel terbesar yang merusak pembacaan tekanan. Sebuah sensor yang dikalibrasi pada suhu 20 C akan melihat kenaikan tekanan udara sebesar 50 kPa pada kisaran yang ditunjukkan di atas. Tanpa kompensasi, unit yang tidak diberi kompensasi akan melaporkan nilai yang terlalu rendah yaitu sekitar 20 kPa pada pagi musim dingin, cukup untuk memicu peringatan palsu.

Untuk gambaran lebih luas tentang teknologi di balik perangkat ini, lihat panduan ini Sensor tekanan MEMS .

TPMS Langsung vs Tidak Langsung: Perbedaan Kedua Pendekatan

TPMS langsung menggunakan sensor tekanan fisik di setiap roda. TPMS tidak langsung menggunakan sensor kecepatan roda ABS yang ada pada kendaraan untuk memperkirakan tekanan. Hanya TPMS langsung yang mengembalikan nilai tekanan nyata.

Sebagian besar kendaraan modern menggunakan TPMS langsung karena memberikan pembacaan yang akurat untuk setiap ban, yang sangat penting untuk mendeteksi kebocoran lambat dan mencegah keausan tapak yang tidak merata. Teknologi sensor tekanan MEMS yang sama juga muncul di sensor tekanan pada kendaraan modern di luar TPMS, termasuk pemantauan tekanan oli dan sistem rem.

Empat Spesifikasi Yang Mendikte Pemilihan Sensor Tekanan Ban

Kisaran tekanan, akurasi, sinyal keluaran, dan pengemasan adalah empat parameter yang menentukan apakah sensor tekanan ban akan bekerja dengan andal di lapangan.

Untuk mobil penumpang yang beroperasi pada tekanan 2,2 hingga 2,5 bar, ambang batas peringatan biasanya ditetapkan sebesar 25 persen di bawah tekanan yang direkomendasikan pabrikan. Rentang 0 hingga 4 bar mencakup aplikasi tersebut tanpa menjadi terlalu lebar sehingga mengorbankan resolusi sensor.

Akurasi adalah kendala berikutnya. Offset 0,3 bar dapat menyembunyikan kebocoran lambat atau menghasilkan alarm palsu, itulah sebabnya sensor tekanan MEMS kelas otomotif terbaik mencapai /-0,2 persen rentang skala penuh. Pada sensor 4 bar, toleransi kesalahannya kira-kira 8 kPa.

Sinyal keluaran merupakan titik keputusan ketiga. Output tegangan analog dalam kisaran 0,5 hingga 4,5 V sederhana dan banyak digunakan, sedangkan output digital seperti I2C dan SPI mengurangi kerentanan terhadap kebisingan elektromagnetik di rangkaian kendaraan. Untuk TPMS langsung pada rute getaran tinggi, sinyal digital semakin disukai.

Kemasan menentukan seberapa mudah sensor dapat diintegrasikan ke dalam pentil ban atau pelek roda. Paket DIP dan SIP mendukung pemasangan PCB, sedangkan paket SOP umum digunakan saat sensor berada di rakitan batang katup. Perangkat juga harus bertahan pada tingkat getaran sekitar 50 g pada frekuensi hingga 1 kHz.

Sensor Tekanan Absolut MCP-J10, MCP-J11, dan MCP-J12 untuk Penggunaan Otomotif Sensor tekanan absolut yang dikalibrasi ini menawarkan keluaran analog atau digital, berukuran hingga 4 bar, dan diberi kompensasi suhu pada seluruh rentang kendaraan, sehingga cocok untuk sistem pemantauan tekanan ban. Lihat Produk →

MemsTech, yang berbasis di Zona Pengembangan Industri Teknologi Tinggi Nasional Wuxi, membangun sensor tekanan otomotif untuk memenuhi persyaratan ini. Seri MCPJ10, MCPJ11, dan MCPJ12 adalah sensor tekanan absolut dengan rentang pengukuran 0 hingga 4 bar, tersedia dalam versi keluaran analog dan digital, dan proses kalibrasinya mencakup seluruh rentang suhu kendaraan.

Mengapa Kompensasi Suhu Sangat Penting dalam Sensor Tekanan Ban

Suhu di dalam ban dapat berkisar dari -40 C di tempat parkir musim dingin hingga 80 C pada kecepatan jalan raya. Jika sensor tidak dikompensasi, penyimpangan ini saja dapat menimbulkan kesalahan 15 hingga 20 kPa, yang cukup besar untuk memicu peringatan tekanan rendah yang salah.

Setiap unit dikalibrasi oleh pabrik pada beberapa titik suhu. Koefisien kompensasi disimpan dalam ASIC internal sensor selama produksi, sehingga hasil akhir secara otomatis dikoreksi saat ban memanas dan mendingin. MemsTech mengikuti proses ini di dalam fasilitas seluas 2.000 meter persegi, dengan kemampuan internal yang mencakup pengemasan, pengelasan, kompensasi suhu, dan kalibrasi kinerja. Setiap perangkat diuji pada skala nol dan penuh sebelum pengiriman untuk memastikan konsistensi batch.

Sensor Tekanan Seri MCP-J20 untuk Aplikasi Manifold Otomotif dan Sepeda Motor Dirancang untuk penginderaan tekanan intake manifold pada mobil dan sepeda motor, seri ini menyediakan output analog dengan rentang opsional hingga 1000 kPa, dan dikalibrasi untuk akurasi tanpa kalibrasi sisi pelanggan. Lihat Produk →

Seri MCPJ20 memperluas arsitektur penginderaan absolut yang sama ke rangkaian aplikasi otomotif yang lebih luas, termasuk platform SUV dan truk ringan yang lebih besar dengan tekanan inflasi dingin yang lebih tinggi.

Pertanyaan Umum

Berapa lama baterai sensor tekanan ban bertahan?

Sensor TPMS langsung adalah unit tersegel dengan masa pakai baterai 5 hingga 10 tahun. Jika baterai habis, seluruh rangkaian sensor harus diganti, karena baterai tidak dapat diservis di dalam unit katup yang tertutup rapat.

Bisakah saya mengganti sensor tekanan ban tanpa mengganti batang katup?

Pada sebagian besar sistem TPMS langsung, sensor terintegrasi dengan batang katup. Beberapa kit purnajual mengizinkan penggantian sensor saja, namun mengganti seluruh rakitan adalah prosedur servis standar dan lebih dapat diandalkan.

Berapa tekanan ban yang harus dibaca oleh sensor TPMS?

Untuk sebagian besar mobil penumpang, tekanan ban dingin yang direkomendasikan adalah 2,2 hingga 2,4 bar (32 hingga 35 psi). Ambang batas peringatan TPMS biasanya ditetapkan sekitar 25 persen di bawah rekomendasi tersebut.

Mengapa lampu TPMS saya menyala saat cuaca dingin?

Kontraksi udara dingin. Jika suhu lingkungan turun 10 C, tekanan ban bisa turun 7 hingga 10 kPa. Jika ban sudah mendekati ambang peringatan, penurunan ini cukup untuk mengaktifkan peringatan.