TPMS壓力測量原理與應用

• 壓力測量的基本概念和單位

壓力是指垂直作用在單位面積上的力。壓力的單位是帕斯卡，符號為Pa。壓力P可以用公式表示為：

在壓力測量中，常有絕對壓力、表壓力或真空度之分。

絕對壓力（Absolute） ：是指被測介質作用在容器單位面積上的全部壓力，它是以絕對零壓為基準來表示的壓力，用符號Pj表示。

絕對真空下的壓力稱為絕對零壓（zero Pressure）。TPMS就是絕對壓力測量感測器。

大氣壓（Atmospheric Pressure）：地面上空氣柱所產生的平均壓力稱為大氣壓，用符號Pq表示。

表壓力（Gauge）：它是以大氣壓為基準來表示的壓力。也就是絕對壓力與大氣壓力之差，稱為表壓力，用符號Pb表示。即Pb=Pj – Pq 。

差壓力（Differential）：它是測量兩個不同點之間的壓力差。

真空度：當絕對壓力小於大氣壓力時，表壓力為負值（即負壓力），此負壓力的絕對值，稱為真空度，用符號Pz表示。用來測量真空度的儀表稱為真空表。

汽車胎壓計PSI、Bar、KPA的單位換算：

1 Bar = 1.02 Kg/cm2 = 102 KPA = 14.5 PSI

• TPMS壓力感測器工作原理

本文將討論基於惠斯通電橋壓力感測器的基本工作原理，以及用於轉換這種橋感測器輸出的處理電路。

許多壓力感測器使用微機電系統（MEMS）技術，它們由一個絕對真空的零壓腔體和四個採用惠斯通電橋結構連線的壓敏電阻組成。當這些感測器上沒有壓力時，橋中的所有電阻值都是相等的。當有外力施加於電橋時，兩個相向電阻的阻值將增加，而另兩個電阻的阻值將減小，而且增加和減小的阻值彼此相等。

事情並非如此簡單，因為感測器存在偏移和增益誤差。惠斯通電橋輸出的電壓訊號需要經過後端基本訊號調節電路的放大、濾波、補償和模數轉換（ADC）然後由微程式控制器（MCU）完成資料處理再輸出。

• TPMS壓力感測器的應用

TPMS感測器是一個高度整合的基於惠斯通電橋的壓力感測器。其工作的原理就是絕對壓力的測量，而市面上能買到的絕大多數氣壓表是基於表壓力測量。

下面舉這樣一個例子：

在高海拔地區，比如說格爾木，海拔3000米，大氣壓力只有標準大氣壓的70％。

（1）在這樣的條件下，壓力錶（表壓）顯示的數值還是在0位嗎？如果用它來測量壓力，比如測量絕對壓力為200kPa的壓力環境，實際上表壓是多少？

表壓=絕對壓力-大氣壓力=200-101*0.7=129.3KPA

注意：大氣壓力=101325PA(標況）~101kpa

（2）反過來，表壓為100kPa的情況下實際壓力又是多少啊？

你說的實際壓力是不是絕對壓力？

絕對壓力=表壓+大氣壓=100+101*0.7=170.7KPA

（3）因此在高海拔地區，TPMS測量的是絕對壓力值經過BCM或ECU系統的海拔補償，車輛儀表顯示值等同於壓力錶測量值。因而開車從低海拔地區進入高海拔地區後，普遍儀表顯示輪胎壓力升高，這時候需要對輪胎適當放氣處理。

（4）假設低海拔地區，大氣壓力1bar , 標準胎壓2.4bar。

         輪胎表壓力2.4bar ，大氣壓力 1bar，輪胎絕對壓力3.4bar。

         進入高海拔地區(海拔4000米)，海拔係數約0.7。大氣壓力=0.7*1bar=0.7bar。

        輪胎絕對壓力3.4bar ，輪胎表壓力=輪胎絕對壓力-環境大氣壓力=2.7bar。

        沒有做海拔補償的TPMS，儀表顯示為：

       輪胎表壓力=輪胎絕對壓力-環境大氣壓力（1bar）=2.4bar。

       此時輪胎表壓力高於儀表顯示壓力。