Tugas Fisika Dasar Ulangan Akhir Semester

TUGAS FISIKA DASAR

NAMA                                   : BANI HABIBI

KELAS                                  : TEKNIK INFORMATIKA SORE A

MATA KULIAH                    : FISIKA DASAAR

Metode Penentuan Kadar Nitrogen

Metode Penentuan Kadar Nitrogen

Metode analitik yang paling umum digunakan dalam penentuan kadar nitrogen adalah metode Kjeldahl. Metode tersebut diperkenalkan oleh Johan Kjeldahl pada tahun 1883. Metode ini dapat diterapkan pada senyawa-senyawa organik maupun anorganik meliputi makanan, daging, biji-bijian, air limbah, tanah dan banyak sampel yang lainnya. 

 Peralatan Keldahl (modern)

1.1.1   Metode Kjeldahl 

Metode Kjeldahl merupakan metode yang digunakan untuk menentukan kadar nitrogen dalam senyawa organik maupun senyawa anorganik. Metode ini telah mengalami perubahan secara teknis dan pada peralatannya selama lebih dari 100 tahun sejak diperkenalkan, namun secara mendasar, prinsip yang digunakan tetaplah sama. Metode Kjeldahl dapat dibagi menjadi tiga tahap utama, yakni:

1.    Digesi (Digestion)

Tahap digesi merupakan tahap dekomposisi nitrogen dalam sampel menggunakan asam pekat. Tahap ini disempurnakan dengan mendidihkan sampel pada asam sulfat pekat. Hasil akhir digesi merupakan larutan amonium sulfat.

2.    Distilasi (Distillation)

Merupakan tahap penambahan basa berlebih ke dalam larutan digesi untuk mengubah NH₄⁺ menjadi NH₃ yang diikuti pemanasan dan kondensasi gas NH₃ pada larutan penerima.

3.    Titrasi (Titration)

Tahap ini bertujuan untuk mengetahui jumlah amoniak dalam larutan penerima. Jumlah nitrogen dapat dihitung dari jumlah ion amonia di dalam larutan penerima tersebut.

Beberapa kondisi tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut:

1.1.2   Tahap Digesi

Persamaan umum untuk proses digesi ditunjukkan melalui persamaan 3.1 di bawah ini

N organik/anorganik + H₂SO₄à  (NH₄)₂SO₄ + H₂O + CO₂ + hasil samping (3.1)

Sejumlah kondisi internal digesi sangat menentukan laju reaksi dan kesempurnaan pemecahan nitrogen menjadi amonium sulfat.  Beberapa diantara kondisi tersebut antara lain adalah pemanasan yang diberikan pada campuran digesi, penambahan sejumlah garam untuk meningkatkan titik didih asam, laju refluks asam sulfat pada leher labu digesi, lama digesi dan penambahan katalis. Pengaturan salah satu kondisi tersebut akan sangat berpengaruh pada kondisi yang lain. Kondisi digesi yang baik diperoleh dengan menyeimbangkan faktor-faktor tersebut dalam suatu pola yang terkontrol dan berulang. Jika suatu sampel mengandung nitrogen nitrat atau nitrit, maka perlu dilakukan perlakuan awal secara kimiawi untuk ikut memasukkan atau mengeluarkan sumber nitrogen pada analisa yang dilakukan.

a.  Pertimbangan Asam

Asam sulfat telah lama digunakan untuk proses digesi sampel. Jumlah asam yang digunakan dipengaruhi oleh ukuran dan jumlah  sampel yang juga menunjukkan jumlah nitrogen. Sampel yang banyak tentu membutuhkan jumlah asam yang lebih banyak pula. Selain itu, lama pemanasan  dan suhu yang diberikan juga berpengaruh terhadap jumlah asam yang hilang akibat penguapan.

b.  Suhu Pemanasan dan Lama Digesi

Unsur pemanasan yang digunakan pada digesi Kjeldahl meliputi beberapa variasi pengaturan. Suhu pemanasan yang digunakan umumnya berpatokan pada suhu yang dapat menyebabkan “250 ml air yang suhunya 25 °C dapat mendidih dalam waktu lima menit”.

Sampel organik umumnya menjadi hitam dan berarang selama proses digesi ini. Reaksinya dapat berjalan hebat pada permulaan tergantung pada matriks dan suhu pemanasan. Namun lama kelamaan campuran digesi menjadi jernih karena terjadinya pembentukan CO₂ akibat dekomposisi organik. Keberadaan ion logam dapat memberikan warna pada campuran digesi. Hal yang perlu diperhatikan adalah jernihnya larutan tidak menunjukkan semua nitrogen organik telah terpecah.

1.1.3   Proses Distilasi

Campuran digesi selanjutnya diencerkan dan dibasakan melalui penambahan NaOH. Proses distilasi ini menghasilkan NH₃ menurut persamaan 3.2 :

(NH₄)₂SO₄ + 2NaOH à 2NH₃ + Na₂SO₄ + 2H₂O                                     (3.2)

Labu Kjeldahl ditempatkan pada kondensor air dan dipanaskan untuk menguapkan gas NH₃ dari larutan. Ujung kondensor yang dihubungkan dengan labu yang berisi larutan penerima yang berupa asam, baik berupa asam standar maupun asam borat. Parlakuan ini dilakukan untuk menangkap NH₃ yang teruapkan.

a.  Pengenceran Larutan Digesi

Campuran asam digesi biasanya didinginkan dan diencerkan dengan air yang bebas amonia. Pengenceran campuran digesi juga bertujuan untuk mencegah terjadinya ledakan selama proses distilasi. Pencegahan ledakan juga bisa dilakukan dengan menambahkan batu didih pada larutan digesi, sementara itu penambahan dua atau tiga tetes tributil sitrat bisa dilakukan untuk mencegah terjadinya busa.

b.  Penambahan NaOH

NaOH pekat (biasanya larutan NaOH 50%) ditambahkan secara perlahan ke dalam larutan yang akan didistilasi. Umumnya, untuk tiap 5 ml asam sulfat pekat larutan digesi, dibutuhkan 20 ml NaOH 50% untuk membuat larutan menjadi bersifat basa kuat. Labu dihubungkan dengan kondensor sebelum proses pemanasan dan distilasi dilakukan. Untuk sampel yang tidak memerlukan proses digesi seperti penentuan amoniak secara langsung dalam air, sampel disangga pada pH 9,5 dengan larutan natrium tetraborat dan natrium hidroksida untuk mengurangi hidrolisis senyawa kompleks nitrogen organik yang ada.

 c.   Distilasi

Sebagian besar NH₃ didistilasi dan terperangkap ke dalam larutan asam penangkap selama 5 sampai 10 menit awal pemanasan. Tetapi, tergantung pada volume campuran digesi dan metode yang digunakan, 15 sampai 150 ml kondensat dapat dikumpulkan dalam labu penerima untuk memastikan didapatnya kembali nitrogen. Perpanjangan waktu distilasi dan volume yang dikumpulkan menghasilkan lebih banyak air yang juga akan tertampung pada larutan penerima. Namun kelebihan air ini tidak akan memperngaruhi hasil titrasi. Waktu distilasi dan volume distilat yang dikumpulkan harus distandarisasi. Laju distilasi dipengaruhi oleh kapasitas pendinginan dari kondensor dan suhu air pendingin.

Peralatan prakondisi diperlukan katika sampel yang akan ditentukan kadar nitrogennya memiliki kadar nitrogen yang sangat kecil sebelum sampel tersebut didistilasi. Hal ini dapat dilakukan dengan mendistilasi campuran air bebas amonia dan NaOH 50% denganperbandingan 1:1 selama 5 menit sebelum sampel didistilasi untuk mengurangi kontaminasi dari amonia di atmosfer.

d.  Larutan Penerima

Larutan yang digunakan sebagai larutan untuk menangkap amonia merupakan asam yang bisa berupa asam standar ataupun asam borat. Jika yang digunakan sebagai larutan penerima adalah HCl atau H₂SO₄, maka akan lebih baik jika hanya ada sedikit kelebihan asam yang tertinggal setelah NH₃ didistilasi dan terperangkap untuk menghindari titrasi balik. Dengan mengantisipasi jumlah nitrogen dalam sampel. Jumlah target asam standar dapat dihitung menurut persamaan 3.3 :

 Konsentrasi yang tepat tidak terlalu dibutuhkan jika larutan penerima yang digunakan adalah asam borat. Hal ini karena proses titrasi langsung menghitung jumlah amonia dalam larutan distilat dengan menetralkan kompleks yang terbentuk antara amonia dan asam borat (perbandingan 1:1). Jumlah asam borat yang banyak bisa ditambahkan pada larutan penerima sehingga absorpsi amonia dapat berlangsung dengan sempurna.

Volume larutan penerima dapat ditingkatkan dengan menambahkan air bebas amonia sehingga ujung pipa pengantar bisa tercelup ke larutan tersebut. Pipa pegantar harus selalu dibilas ke dalam labu penerima sesaat sebelum labu tersebut dipindahkan dari perangkat distilasi. Larutan penerima harus berada pada suhu 45 C selama proses distilasi untuk mencegah hilangnya amonia.

1.1.4   Proses Titrasi

Terdapat dua macam titrasi yang digunakan pada proses Kjeldahl, yakni titrasi balik yang biasanya digunakan pada Kjeldahl Makro dan titrasi langsung. Kedua metode tersebut mengindikasikan keberadaan amonia dalam air distilat dengan menunjukkan perubahan warna dan memungkinkan dilakukannya perhitungan konsentrasi.

a.  Penentuan Nitrogen Melalui Titrasi Balik

Pada titrasi balik, amonia ditangkap dengan larutan asam yang telah distandarisasi dengan sangat tepat pada labu penerima. Kelebihan asam pada larutan penerima menjaga pHnya tetap rendah sehingga indikator tidak berubah warna.

2NH₃ + 2H₂SO₄   à   (NH₄)₂SO₄ + H₂SO₄                                   (3.4)

Kelebihan larutan asam kemudian dinetralkan dengan larutan basa yang telah distandarisasi dengan tepat misalnya basa NaOH. Perubahan warna terjadi ketika titrasi mencapai titik akhirnya.

(NH₄)₂SO₄ + H₂SO₄ + 2NaOH        à (Na)₂SO₄ + (NH₄)₂SO₄ + 2H₂O                                (3.5)

b.  Penentuan Nitrogen Melalui Titrasi Langsung

Titrasi langsung dilakukan dengan menggunakan asam borat sebagai larutan penerimanya.  Reaksi yang terjadi pada titrasi ini adalah:

NH₃ + H₃BO₃à NH₄⁺:H₂BO₃^- + H₃BO₃                                        (3.6)

Asam borat menangkap gas amonia dan membentuk kompleks borat. Setelah amonia terkumpulkan, maka warna larutan penerima akan berubah.

2NH₄H₂BO₃^- + H₂SO₄à  NH₄⁺:H₂BO₃^- + H₃BO₃                                                           (3.7)

Penambahan asam sulfat menetralkan kompleks amonium borat sehingga perubahan warna terjadi.

Metode asam borat ini memiliki dua kelebihan yakni hanya membutuhkan satu larutan standar untuk proses penentuan kadar nitrogen dan larutan memiliki waktu hidup yang lama.

a.  Indikator

Beberapa indikator yang berbeda telah digunakan untuk dapat memberikan perbedaan warna yang mencolok selama proses titrasi. Analis biasanya menggunakan indikator yang spesifik dan hal ini sangat terganting pada pilihan personal. Namun demikian, indikator yang sering digunakan adalah campuran dari metil merah dan metilen biru. Indikator harus memiliki trayek pH perubahan wrana dimana titik ekivalen titrasi terjadi.

b.  Perhitungan

Perhitungan kadar nitrogen harus disesuaikan dengan larutan penerima yang digunakan dan faktor pengenceran selama proses distilasi. Pada persamaan di bawah, “N” menunjukkan normalitas. “ml blank‘ adalah mililiter yang diperlukan untuk titrasi balik reagen blank jika yang digunakan adalah asam standar, atau menunjukkan mililiter asam standar yang dibutuhkan untuk mentitrasi larutan penerima. Ketika asam standar digunakan sebagai larutan penerima, persamaan yang digunakan adalah

Jika berat sampel berupa miligram, berat molekul nitrogen harus diubah menjadi 1400,67.

Ketika asam borat digunakan sebagai larutan penerima, maka persamaan yang digunakan adalah:

KANTUNG UDARA (Airbag)

Airbag adalah perangkat keamanan yang terdiri dari sebuah tas kain besar yang berisi udara dan memberikan perlindungan bagi kepala dan tubuh bagian atas pengemudi selama tabrakan.

Dalam tabrakan dari depan (head-on collision), biasanya pengemudi dan penumpang akan terlempar ke depan di dalam kendaraan. Ketika airbag diaktifkan, airbag langsung mengembang

dan menciptakan penghalang yang melawan atau meredam gerakan maju dari pengemudi atau penumpang depan.

Kantung udara tersebut dibuat untuk mencegah pengemudi atau penumpang depan menabrak kaca depan atau dashboard kendaraan, sehingga mengurangi cedera mereka. Airbag juga dikenal sebagai sistem pengendalian tambahan (SRS, supplemental restrain system), atau pembatasan tambahan karet (SIR, supplemental inflatable restrain).

Kantung udara (airbag) dirancang untuk bekerja bersama dengan sabuk pengaman. Namun, kantung udara sendiri dapat memberikan perlindungan bagi kendaraan penghuni yang tidak mengenakan sabuk pengaman.

Pada tahun 2002 lebih dari 60 persen dari semua kendaraan di Amerika Serikat telah dilengkapi dengan kantung udara untuk pengemudi. Administrasi Keselamatan dan Lalu Lintas Jalan Raya Nasional (NHTSA, National Highway Traffic and Safety Administration) memperkirakan bahwa pada tahun 2002, airbag telah menyelamatkan nyawa lebih dari 9.000 orang di Amerika Serikat.

Jenis – Jenis Kantung Udara

Ada beberapa jenis kantung udara, yakni:

Airbag yang disimpan di dalam setir mobil.

Kantung udara pada setir mobil

Airbag ini akan mengembang selama tabrakan frontal untuk mencegah sopir menabrak kemudi atau dashboard. Sebuah airbag untuk penumpang disimpan di dalam panel instrumen atau dashboard. Kantung ini mengembang selama tabrakan frontal untuk mencegah kepala penumpang depan memukul kaca depan/dashboard.

Kantung udara penumpang lebih besar daripada airbag pengemudi dan memiliki bentuk yang berbeda.

Airbag yang disimpan di samping.

Beberapa kendaraan juga memiliki airbag samping di dalam pintu, arm rest, kursi depan, atau tempat duduk belakang. airbag samping akan mengembang saat terjadi tabrakan di samping.

Kantung udara dari atas jendela samping untuk perlindungan tambahan dalam benturan samping.

Namun, semua Airbag tampaknya tidak dirancang untuk menggelembung atau untuk melindungi penumpang dalam benturan belakang atau rollovers.

Sabuk pengaman untuk penumpang belakang

Proses Kerja Pada Kantung Udara

Kondisi yang memicu menggelembungnya Airbag

Mobil yang dilengkapi dengan airbag, berarti memiliki sensor “MEMS accelerometer” yang merupakan IC(integrated circuit) kecil. Sensor ini bekerja dengan mendeteksi rapid-deceleration (perlambatan yang terlalu cepat, CMIIW), yang kemudian memerintahkan sistem untuk menggelembungkan airbag.

Pengembangan/penggelembungan airbag dalam tabrakan, paling tidak sama dengan perlambatan dengan nilai 23 km/jam (14 mph), atau bisa disamakan dengan menabrak mobil dengan ukuran yang sama dengan sistem adu jangkrik (bagian depan masing-masing kendaraan pada kecepatan 2x dari mobil satunya lagi) . Tidak seperti test tabrakan pada dinding penghalang, tabrakan sebenarnya biasanya terjadi pada sudut-sudut selain bagian depan mobil (full-front), dan gaya dari tabrakan biasanya tidak disebarkan ke seluruh bagian depan mobil dimana sensor itu berada. Akibatnya, kecepatan relatif antara mobil yang menabrak dan yang ditabrak yang dibutuhkan untuk menggelembungkan airbag dalam tabrakan sebenarnya bisa lebih tinggi dari persamaan tabrakan dinding. Karena sensor airbag mengukur perlambatan, kecepatan mobil dan kerusakan bukanlah indikator yang bagus untuk kapan airbag harusnya menggelembung. Airbag bisa menggelembung saat mobil dengan keadaan under-carriage (beban kurang, tidak ada penumpang) menabrak objek rendah yang menonjol diatas jalan yang bisa menyebabkan perlambatan.

Proses Penggelembungan Airbag (inflating)

Saat airbag akan menggelembung, sebuah sinyal dikirim ke unit inflator dalam airbag control unit. Sebuah igniter atau penyulut, menyulut sebuah reaksi kimia yang sangat cepat dan menghasilkan gas nitrogen (N2) untuk mengisi airbag dan membuatnya menggelembung menerobos cover dari modul airbag.

Beberapa teknologi airbag menggunakan nitrogen terkompresi atau gas argon dengan sebuah pyrotechnic operated valve (“hybrid gas generator”). Ada juga yang memakai sodium azide (yang sangat beracun (sangat biasa pada desain inflator lawas), namun sudah tidak digunakan lagi sejak 90-an dalam pengembangan yang menjurus ke efisiensi, lebih murah dan kurang beracun.

Proses pengempesan Airbag (deflating)

Reaksi kimia menghasilkan ledakan nitrogen disengaja untuk mengembangkan airbag. Setelah airbag terkembang, deflasi dimulai segera saat gas keluar melalui lubang dalam kain (pori-pori kain) dan mendingin. Pengembangan sering disertai dengan pelepasan partikel seperti debu dan gas dari dalam interior kendaraan (disebut efluen).

Sebagian besar debu ini terdiri dari tepung jagung, kapur perancis, atau bedak talc, yang digunakan untuk melumasi airbag selama deployment/inflasi. Desain yang terbaru menghasilkan limbah utama terdiri dari bedak/tepung jagung dan gas nitrogen yang tidak berbahaya. Dalam desain yang lebih tua digunakan propelan berbasis azida (biasanya), berbagai jumlah sodium hidroksida ada awalnya hampir selalu hadir.

Dalam jumlah kecil kimia ini dapat menyebabkan iritasi kecil untuk mata atau luka terbuka, namun dengan pemaparan ke udara, dengan cepat berubah menjadi natrium bikarbonat (baking soda). Namun, transformasi ini tidak 100% selesai, dan selalu menyisakan jumlah sisa ion hidroksida dari NaOH. Tergantung pada jenis sistem airbag, kalium klorida (sering digunakan sebagai pengganti garam meja) juga bias saja ada.

Bagi kebanyakan orang, efek yang muncul mungkin hanya debu yang menyebabkan iritasi minor pada tenggorokan dan mata. Secara umum, gangguan kecil hanya terjadi ketika penghuni tetap dalam kendaraan selama beberapa menit dengan jendela tertutup dan tidak ada ventilasi.

Peranan Sains dalam Pembuatan Kantung Udara

Kantung udara ternyata tidak seperti balon udara biasa. Ada reaksi yang bekerja di dalamnya.Kantung ini yang penting untuk meminimalkan risiko kecelakaan. Kecelakaan di jalan raya sering menelan banyak nyawa. Kebanyakan karena faktor manusia. Namun, ada juga yang disebabkan oleh faktor peralatan pada kendaraan. Melengkapi peralatan standar mobil setidaknya bisa mengurangi risiko tinggi. Di mobil,sabuk pengaman dan kantong udara adalah pengaman-pengaman yang wajib ada.

Hukum Newton dan Pengamanan

Dalam hukum Newton I yang intinya suatu benda akan cenderung tetap pada kecepatan yang sama (yang diam akan tetap diam, yang bergerak dengan kecepatan tertentu akan tetap bergerak dengan kecepatan itu), kecuali ada gaya luar yang mempengaruhi.

Saat terjadi tabrakan,hukum ini jelas berlaku.Saat sebelum terjadi tabrakan, orang yang ada di kendaraan bergerak dengan kecepatan tertentu akibat mobilnya bergerak.Sesaat setelah tabrakan terjadi, orang tadi tentu akan bertabrakan dengan bagian mobil di hadapannya, bagi sopir tentu setirnya, dan akhirnya berhenti bergerak.Jadi, pasti ada gaya yang bekerja pada orang tersebut.Kecelakaan parah terjadi bila kendaraan bertabrakan saat kecepatan tinggi karena perubahan kecepatan besar yang berarti gaya yang bekerja pada orang tersebut besar.

Untuk meminimalkan cedera akibat tumbukan itu, kantong udara dan sabuk pengaman digunakan. Kantong udara melakukannya dengan memberikan bantalan untuk menurunkan besarnya gaya yang bekerja pada korban dan mendistribusikan gaya itu pada permukaan yang lebih luas. Bantalan tadi dihasilkan dengan menggembungkan kantung udara dengan gas N2. Kemudian, ketika orang menumbuk kantung udara yang berisi gas tadi, perlahan gas keluar dari kantung.

Gaya bekerja pada orang dalam kendaraan yang bertabrakan.Dari hukum Newton II, gaya sebanding dengan percepatan, yakni perubahan kecepatan per satuan waktu. Jika perubahan kecepatan (dari bergerak hingga diam) terjadi dalam waktu yang singkat, percepatan besar sekali. Dengan demikian, gaya juga besar sekali, cedera akan parah. Sebaliknya, bila perubahan kecepatan bisa dibuat untuk jangka waktu yang lebih lama, percepatan tidak terlalu besar, gaya yang bekerja tidak terlalu besar, harapannya cederanya tidak parah atau selamat.

Selain itu, kantung udara meminimalkan cedera dengan mendistribusikan gaya itu pada permukaan yang lebih luas. Bila tubuh bertabrakan langsung dengan setir, semua gaya akan bekerja hanya pada bagian tubuh seukuran setir (Gambar 1a), cedera yang serius dapat terjadi. Namun, bila tubuh bertubrukan dengan kantung udara yang telah menggembung, gaya akan bekerja pada permukaan yang lebih luas (Gambar 1b), gaya yang bekerja pada bagian tertentu tubuh menjadi lebih kecil dan cederanya pun menjadi lebih ringan atau terbebas sama sekali.

Proses Kimia Dalam Kantung Udara

Kantung udara di mobil menggunakan padatan yang menghasilkan gas. Kebanyakan kantong udara menggunakan natrium azida,. Dalam kecelakaan mobil, sensor tabrakan akan mengaktifkan rangkaian yang akan menyebabkan natrium azida terbakar dan terurai (terdekomposisi) menghasilkan natrium dan gas nitrogen, yang dengan cepat dapat menggembungkan kantong udaranya (Gambar 2).

Walaupun komposisi persisnya merupakan rahasia perusahaan, campuran yang paling populer adalah campuran yang terdiri atas natrium azida (Na3), kalium nitrat (KNO3), dan silikon dioksida (SiO2) sebagai reaktan sekunder. Dengan rangsangan listrik NaN3 akan terurai sesuai reaksi:

2 NaN3 (s) ==>  2 Na (s) + 3N2 (g)

Logam natrium (Na), produk samping produksi gas nitrogen yang menggembungkan kantong udara itu, adalah logam yang sangat reaktif. Seperti barangkali pernah ditunjukkan oleh guru di sekolah, sebutir kecil natrium yang dijatuhkan ke air akan menghasilkan api yang cukup hebat. Untuk itulah kalium nitrat ditambahkan, kalium nitrat dan natrium akan bereaksi menghasilkan lagi gas nitrogen:

10 Na (s) + 2 KNO3 (s) ==> K2O (s) + 5 Na2O (s) + N2 (g).

Kalium oksida (K2O) dan natrium oksida (Na2O) akan bereaksi dengan senyawa ketiga dalam komposisi kantong udara, yakni silikon dioksida (SiO2), untuk membentuk alkali silikat, zat yang tidak reaktif dan tidak berbahaya bila dibuang.

Fungsi Kantung Udara

Kantung udara efektif untuk :

1.Menghindari patah tulang rusuk

2.Menghindari kerusakan organ dalam serta luka memar pada anak-anak

3.Berfungsi sebagai pelindung dada dan perut

4.Berfungsi untuk melindungi kepala dan wajah

5.Mampu mengurangi risiko cedera ginjal

6.Mencegah sopir menabrak kemudi atau dashboard.

7.Mencegah kepala penumpang depan memukul kaca depan/dashboard.

SENSOR KONTROL MESIN

Tuntutan untuk memeriksa komposisi gas buang untuk membatasi polusi lalu lintas perkotaan dan untuk mengurangi konsumsi memaksa penerapan sistem kontrol mesin elektronik.

Pada awal, sistem kontrol elektronik termasuk sistem terpisah memeriksa pasokan, waktu, pengapian dan resirkulasi gas buang. Sistem kontrol saat ini telah berkembang menuju suatu sistem yang terintegrasi di mana setiap subsistem tunggal adalah bagian yang berbeda dari unit yang sama. Pengukuran dibuat oleh sensor, mewakili input dari jenis sistem, adalah:

-        kuantitas aliran udara; kecepatan poros penggerak, posisi sudut poros penggerak

-        konsentrasi oksigen di gas buang, suhu pendingin;

-        posisi katup throttle.

-        Sensor utama melakukan pengukuran ini akan dijelaskan, Parti-cularly yang sedang diteliti di laboratorium penelitian dan pengembangan.

1.    Jumlah aliran udara

Pengukuran aliran udara dapat dibuat baik tidak langsung dengan menggunakan sensor tekanan ditempatkan di intake manifold terintegrasi dengan sensor suhu dan langsung melalui sensor aliran massa udara. Dalam kasus pertama tekanan manifold dan pengukuran suhu yang digunakan untuk menghitung kerapatan udara (δ) yang berhubungan dengan mesin putaran/menit (w), volume aliran udara pada setiap siklus mesin (D) dan efisiensi volumetrik mesin (N_V), memungkinkan perhitungan kuantitas udara diinjeksikan ke dalam silinder sesuai dengan persamaan berikut :

Sensor tekanan saat ini digunakan didasarkan pada pengukuran menggunakan deformasi membran, misalnya, elemen piezoresistant. Prinsip pengukuran telah diimplementasikan di masa lalu dengan perangkat elektromekanis [1], dan telah berkembang dengan penerapan teknologi tipis dan tebal [2] dan micromachining silikon [3]. Namun, produsen sistem elektronik saat ini berorientasi pada pengukuran aliran udara langsung memungkinkan pengukuran presisi yang lebih tinggi dan pengurangan waktu respon. Prinsip pengukuran yang didasarkan sensor ini adalah varian dari aliran udara klasik sensor dikenal sebagai hot-wire anemometer yang digunakan di meteorologi untuk mengukur kecepatan angin.

Gambar 1 : Hot-wire sensor aliran massa udara

(a) rangkaian : R_X= pengukuran resistor, R_H = kawat panas (film); U_M = output; sensor (b): 1, sirkuit hibrida, 2, 3, kasus; 4, tabung venturi dengan kawat panas (film), 5 saluran, 6, grid, 7, O-ring.

Dalam sensor (Gambar 1b), kawat panas digantikan oleh film panas pada substrat keramik. Film harus diproduksi dengan logam yang koefisien hambatan untuk variasi termal tinggi, biasanya platinum. Aliran udara ini diatur pada sisi lubang masuk dengan elemen yang menghasilkan aliran laminar pada film yang sensitif. Unsur resistif dapat dipasang atau direalisasikan pada substrat yang sama dengan pendingin elektronik.

Film panas dipanaskan elektrik pada temperatur sedikit lebih tinggi daripada udara intake. Suhu dideteksi dengan sensor atau dengan film kedua yang resistensi diukur. Hot-film dan sensor suhu dimasukkan ke dalam sirkuit jembatan Wheatstone. Tegangan suplai jembatan disediakan oleh amplifier. Ketika udara panas lap elemen-film, ini cenderung dingin. Jumlah panas yang dibuang dari udara yang bergerak secara langsung tergantung pada kapasitas massa. Variasi pada suhu film mempengaruhi hambatan listrik sirkuit.

Rangkaian jembatan (Gambar 1a) tidak seimbang dan menghasilkan tegangan di terminal penguat. Output penguat dihubungkan dengan tegangan suplai jembatan sehingga untuk menyeimbangkan lagi. Dengan demikian tegangan suplai jembatan adalah sinyal yang tergantung langsung pada massa aliran udara. perangkat Lancar [4, 5] biasanya memiliki keluaran frekuensi yang bahkan untuk mikrokontroler normal dengan konverter 8-bit A/D, memungkinkan deteksi sinyal dengan presisi yang diperlukan di seluruh rentang variasi, yang dapat mencapai 90:1 di kasus mesin turbocharged.

prinsip-prinsip yang ada aliran udara lain untuk pengukuran massa telah digunakan untuk membangun prototipe eksperimental atau instrumen laboratorium. Di antaranya adalah sensor baling-baling yang didasarkan pada pengukuran perpindahan dari baling-baling langsung terkena sensor aliran udara dan sensors ultrasound[6] yang menggunakan pengukuran waktu penerbangan di dalam aliran.

2.    Poros penggerak kecepatan dan posisi sudut

Posisi pengerak poros dan kecepatan adalah informasi penting untuk mengendalikan mesin karena mereka merupakan basis waktu nya.

Kedua kuantitas diukur dengan mendeteksi bagian ini, untuk titik tetap relatif ke mesin, dari unsur referensi pada disk feromagnetik berputar dengan poros. Deteksi adalah dengan cara sensor yang cocok yang memasok sinyal impuls frekuensi yang sebanding dengan kecepatan.

Saat ini sensor yang paling sering digunakan adalah sensor induktif dengan magnet permanen. Magnetorcsistance [7] atau Hall-efek [8] sensor juga digunakan, selalu dengan magnet permanen. Yang terakhir ini memungkinkan deteksi referensi di hampir kondisi statis dan apalagi sinyal amplitudo tidak tergantung pada kecepatan rotasi poros penggerak.

Sebuah teknik inovatif [9] adalah penempatan referensi magnetik langsung pada material komponen putar. Keuntungan utama dari metode ini adalah penggunaan non-roda bergigi. Dalam hal ini deteksi kasus harus dibuat dengan sensor Hall-effect tanpa sebuah magnet permanen.

3.    Konsentrasi Oksigen dalam gas buang

Dalam rangka memenuhi standar yang ketat yang terus meningkat pada polusi emisi, sudah diperlukan untuk mengadopsi umpan balik sistem mesin kontrol.

Ada dua strategi utama dari kontrol umpan balik mesin saat ini diadopsi pada kendaraan. Salah satunya adalah dikenal sebagai sistem konverter katalitik tiga arah. Hal ini diperkenalkan oleh Volvo [10] dan ini adalah yang paling luas di Eropa, Amerika dan Asia.

Pada sistem ini udara/bahan bakar (A/F) rasio pada gas buang dideteksi oleh sensor oksigen dan dikendalikan sedemikian rupa untuk selalu sekitar rasio stoikiometri dari 14,7 (Gambar 2). Dalam kondisi ini catalytic converter tiga cara adalah dengan efisiensi maksimum dan menghilangkan senyawa polusi (HC, CO, NOx) dengan membuat mereka bereaksi secara kimia dengan oksigen, sehingga respon sensor oksigen harus sangat cepat dan tepat, terutama di perbandingan konsentrasi kondisi stoikiometri.

Sistem strategi pengendalian mesin lainnya, yang disebut sistem pembakaran bersandar, dimasukkan ke dalam penggunaan praktis oleh beberapa produsen Jepang [11, 12].

Gambar 2 : Catalytic converter efisiensi dan Sebuah rasio A/F

Tujuannya adalah untuk meningkatkan ekonomis bahan bakar dan untuk menjaga tingkat emisi dibawah batas ambang. Hal ini didasarkan pada pengurangan komponen polusi di rasio tinggi A/F. Hal ini diperlukan untuk menjaga rasio A/F dalam rentang yang terbatas dalam rangka menjaga emisi di bawah batas dan untuk menghindari tembak. Untuk tujuan ini, digunakan sebuah sensor oksigen. Dari sudut pandang operasi fitur, sensor oksigen dapat dibagi menjadi tiga kelompok :

1.    semikonduktor oksida atau sensor chemioresistive;

2.    konsentrasi sel sensor;

3.    sensor pompa elektrokimia.

Dari sudut pandang aplikasi, mereka dapat dikelompokkan dalam dua set saja :

1. stoikiometri sensor;

2. ramping campuran sensor.

Sensor Stoikiometri digunakan dalam sistem katalitik dan biasanya memberikan respon nyaris on-off jika rasio konsentrasi gas buang pergi dari nilai yang lebih rendah dari 14,7 ke yang lebih tinggi. Sensor yang digunakan dalam sistem pembakaran ramping memiliki respon proporsional dalam kisaran antara 15 dan 23 Sebuah rasio A/F Chemioresistive dan sensor konsentrasi sel adalah jenis stoikiometri sementara yang elektrokimia adalah untuk campuran ramping.

4.    Chemioresistive sensor (Gambar 3)

Hambatan listrik beberapa semikonduktor oksida bervariasi dengan tekanan oksigen parsial. Fenomena ini disebabkan oleh oksidasi atau reduksi oksida oleh 0₂, Oksida berperilaku seperti semikonduktor p atau tipe-n sesuai dengan karakteristik kimia dan dapat didoping dengan bahan yang berfungsi sebagai donor atau akseptor atau dapat berfungsi sebagai katalis reaksi antara oksida dan oksigen sehingga dapat menurunkan suhu operasi.

Dalam kasus semikonduktor tipe-n, dalam total ketiadaan oksigen, elektron bebas bergerak, yang memungkinkan materi untuk memiliki hambatan listrik yang cukup rendah. Karakteristik ini dapat diperoleh hanya pada suhu tinggi (sekitar 700'C) sehingga memungkinkan transisi clcctron dari valcncy ke pita konduksi.

 

Gambar 3 : Gas Chemioresistive film tebal knalpot sensor oksigen.

Ketika bahan konsentrasi oksigen kecil hadir dalam campuran gas yang bahan yang terkena, ada peningkatan segera dan cukup dalam tahanan. Fenomena ini karena pembawa muatan imobilisasi pada permukaan material oleh molekul oksigen. Dengan memonitor granulometry dari elemen sensitif [13] adalah mungkin untuk bervariasi sensitivitas sensor. Ketika gas mengurangi dan oksigen hadir dalam campuran gas mereka bereaksi satu sama lain. Hanya kelebihan oksigen bereaksi dengan oksida semikonduktor, menentukan tahanan tersebut. Sebaliknya, jika mengurangi gas yang berlebihan, perlawanan semikonduktor akan bahwa bahan tanpa adanya oksigen. Oleh karena itu, dalam perubahan dari kondisi mengurangi gas berlebih (kaya) ke kondisi oksigen berlebih (miskin) resistivitas semikonduktor oksida sangat bervariasi.

Bahan-bahan ini memungkinkan realisasi perangkat dengan sangat sederhana, ukuran kecil, struktur murah menggunakan teknologi film tebal atau tipis pada substrat keramik.

Pada keadaan sekarang seni, sensor titania saja (T_i0₂), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4, telah sepenuhnya dikembangkan dan di pasar meskipun belum ada spread besar dari mereka sampai sekarang. Selain memiliki karakteristik chemioresistive baik, bahan ini telah menunjukkan dirinya lebih tahan untuk memimpin pencemaran [14]. Awalnya ini jenis sensor terdiri dari dua elektroda dan deposisi T_i0₂ [15]. Kemudian sensor dengan elemen pemanas dikembangkan [16].

Kinerja, dari segi biaya dan implementasi yang mudah, bahwa sensor jenis ini memungkinkan kita untuk mencapai kepentingan tetap hidup dalam prinsip pengukuran ini. Baru-baru ini, bahan alternatif, seperti Ga₂0₃ [17], S_rT_i0₃ dan BaT_i0₃ [18,19], telah dikembangkan dalam bentuk film tipis.

Gambar 4 : Titania gas buang sensor oksigen

1. kontak, 2. insulator keramik, 3. konduktor (kawat), 4. kasus (baja), 5. elemen sensing (T_i0₂), 6. pelindung.

Gambar 5 : lambda Zirkonia sensor film tebal.

Gambar 6 : Zirkonia lambda sensor

1. kawat, 2. insulator, 3. pelindung, 4. kontak listrik (pegas), 5. elemen sensing keramik (Z_r0₂); 6. pelindung, 7. film platinum dan lapisan pelindung, 8. internal konduktor; 9. kasus (baja).

5.    Konsentrasi sel sensor (Gambar 5)

Konsentrasi sel sensor didasarkan pada sifat elektrokimia zirkonia (ZrOz) [20]. Jenis sensor adalah yang pertama yang akan disajikan di pasar dan adalah yang paling banyak digunakan. Sensor ini juga dikenal sebagai lambda probe; nama ini berasal dari rasio :

yang umum digunakan dalam bidang otomotif.

Jika elemen oksida zirkonia memiliki dua permukaan terkena gas dengan konsentrasi oksigen yang berbeda, menghasilkan tegangan antara mereka. Yang terkena konsentrasi oksigen yang lebih besar pada potensial negatif, sementara yang lain pada potensial positif. Perilaku ini meningkat pada suhu tinggi. Fisika dari fenomena ini masih belum dipahami dengan baik di semua rincian [21,22].

Struktur sensor semacam ini awalnya sederhana, yang terdiri dari dua elektroda pada substrat zirkonia [23,24]. Selanjutnya pemanas [25] telah ditambahkan ke dalam struktur ini. perkembangan terkini telah menyebabkan pembuatan sensor zirkonia dipanaskan dengan teknologi film tebal pada substrat keramik [26].

6.    Sensor pompa Elektrokimia

Ketika tegangan diterapkan untuk unsur oksida zirkonia, memompakan oksigen melalui elektrolit padat dari katoda ke anoda. Sensor berdasarkan fenomena ini terdiri dari unsur zirkonia keramik dengan dua elektroda dan elemen yang membatasi difusi oksigen dari luar ke katoda. Prinsip kerja memungkinkan pengukuran konsentrasi oksigen bahkan dalam kondisi tinggi yang A/F dan sehingga sensor ini cocok untuk digunakan dalam sistem kontrol pembakaran ramping.

Sensor yang digunakan dalam bidang otomotif [27,28,29] yang diproduksi dengan teknologi film tebal dan terdiri dari unsur zirkonia dengan elektroda di kedua belah pihak dan elemen berpori ditempatkan di antara katoda dan gas. anoda berada dalam kontak dengan udara luar. Menerapkan tegangan ke elektroda menyebabkan arus listrik mengalir, yang sesuai dengan mentransfer oksigen dari gas ke eksterior. Arus mencapai nilai saturasi untuk tegangan yang diberikan ketika jumlah oksigen dipompa dibatasi oleh difusi proses melalui septum berpori. Dalam kondisi ini arus listrik adalah fungsi dari konsentrasi oksigen dalam gas.

7.    Sensor Knoking

Unleaded petrols cenderung lebih mudah menimbulkan pembakaran tidak teratur pada rasio kompresi yang tinggi dan beban tinggi terutama ditemukan di mesin turbocharged.

Untuk menghindari fenomena seperti itu tidak lagi cukup untuk meramalkan marjin keamanan dalam penyesuaian terlebih dahulu karena mengelitik untuk bensin tanpa timbal menjadi kritis, tergantung pada kondisi mesin dan bahan bakar. Oleh karena itu, kontrol umpan balik dari mengelitik, mengoptimalkan kinerja mesin, menjadi perlu. Sensor biasanya digunakan adalah lebar-band accelerometers dari tipe piezoelektrik ditempatkan pada bak mesin [30]. Sensor telah dikembangkan yang menggunakan prinsip-prinsip transducing lain seperti ionisasi dan pengukuran tekanan di ruang bakar. Pengukuran dapat dilakukan dengan menggunakan busi yang cocok. Metode ini telah memberikan hasil yang baik [31] memungkinkan identifikasi mengelitik pada setiap silinder dengan sinyal/noise ratio yang lebih tinggi dari sensor accelerometric, karena mereka bebas dari gangguan mekanis. Fenomena mengelitik juga dapat dideteksi dengan metode yang lebih canggih seperti pengukuran tekanan langsung di ruang bakar. Hal ini memungkinkan perhitungan jumlah lain yang digunakan dalam sistem kontrol mesin yang sangat canggih. Saat ini, sensor murah jenis ini telah dikembangkan [32]. Knock deteksi dan perhitungan parameter lain yang berkaitan dengan pembakaran juga dapat diperoleh dengan cincin piezoelektrik ditempatkan di bawah busi [33] atau di bawah pengunci kepala silinder.

Namun, tren utama disebabkan oleh peningkatan kemampuan perhitungan produk microelectronic baru-baru ini, adalah menggunakan salah satu sensor accelerometric sesuai ditempatkan pada bak mesin atau pada kepala silinder. Sinyal dapat diproses bahkan dengan algoritma yang sangat canggih.

8.    Sensor mesin diesel

Pengembangan dan pengenalan sistem kontrol elektronik untuk mesin diesel sudah jauh lebih lambat dibandingkan untuk mesin bensin. Aplikasi pertama elektronik pompa injeksi dikontrol muncul di pasaran hanya pada tahun 1984, pertama untuk mesin sangat berat (dalam pompa injeksi line) dan kemudian untuk mesin mobil (pompa pemutaran dengan distributor).

Revolusi regulator mekanis yang menentukan posisi poros pompa telah digantikan dengan sensor posisi linier, umumnya transformator variabel perpindahan linear (LVDT) jenis [34]. Variabel yang merupakan masukan dari sistem kontrol posisi poros pompa :

-        posisi akselerator;

-        udara, pendingin dan suhu bahan bakar;

-        turbocharging dan tekanan atmosfir;

-        kecepatan poros penggerak dan posisi sudut.

Penyesuaian injeksi pentahapan dilakukan dengan membandingkan nilai awal injeksi nyata (SOI) dengan nilai referensi yang optimal. The SOI dideteksi dengan sensor yang cocok termasuk elemen piezoceramic ditempatkan di ruang injektor tekanan tinggi atau dekat yang memperbaiki ke kepala silinder (mesin).

Sistem lain untuk pengurangan emisi polutan telah diperkenalkan untuk jenis mesin, khususnya untuk partikulat. Perangkap dalam bahan keramik telah diadopsi dan masih sedang dikembangkan. Sistem menggunakan mereka membutuhkan sensor mengukur tekanan menyumbat mereka untuk mengontrol regenerasi. Metode kedua untuk mengurangi emisi oksida nitrogen dikenal sebagai EGR (exhaust recircuiation gas). Sistem ini dapat dikendalikan secara elektronik, menggunakan sebuah sensor massa aliran udara dengan fungsi umpan balik dan diagnostik direncanakan.

Di masa depan, sistem dengan injector didorong oleh sinyal listrik yang bekerja pada solenoid akan diadopsi. Ini menentukan panjang injeksi dan juga jumlah bahan bakar injeksi.

Tabel 1 : Pasar untuk sistem kontrol chassis elektronik: persentase produksi kendaraan baru

Dalam sistem ini tekanan manifold tidak tergantung kondisi eugine. sensor Asap di knalpot akan diterapkan untuk melakukan kontrol umpan balik. Beberapa prototipe dan metode pengukuran [35-39] kini telah dikembangkan. Namun, jenis otomotif yang dapat diandalkan sensor belum selesai.

C.   SENSOR PENGENDALIAN KENDARAAN

Pasar sistem elektronik untuk pengendalian kendaraan dengan cepat berkembang dan prakiraan mengatakan bahwa pada akhir 1990-an pangsa pasar misi maka bo sekitar 30%; pada sistem elektronik otomotif. Tren ini ditunjukkan dalam Tabel 1.

Di daerah kontrol mesin, pengembangan sistem baru dipercepat oleh kebutuhan untuk membuat produk baru sesuai dengan hukum. Namun dalam sistem kendaraan alasan utama untuk mencari solusi inovatif yang akan ditemukan dalam persaingan di antara berbagai produsen.

Tabel 2 : Sensor yang diperlukan oleh sistem kontrol chassis

Anti slip (ABS), four-wheel steering (4WS), four-wheel drive (4WD) dan suspensi aktif (AS) merupakan sistem utama yang dapat menyesuaikan perilaku kendaraan dinamis sesuai dengan harapan pelanggan. Sistem ini cenderung untuk meningkatkan tidak hanya kinerja, tetapi juga, dan di atas semua, kendaraan kenyamanan dan keamanan.

Manfaat yang berasal dari setiap sistem tunggal dapat ditingkatkan dengan fungsi yang berbeda yang terintegrasi ke dalam satu sistem.

penelitian lebih lanjut tentang sensor, aktuator dan desain mikrokontroler diperlukan untuk meningkatkan kinerja dan mengurangi biaya.

Tabel 2 daftar sensor diperlukan oleh berbagai sistem kontrol, sensor tambahan tidak diperlukan untuk strategi sistem tetapi sangat berguna untuk kapasitas diagnostik dan perbaikan pengendalian kinerja. Ringkasan sensor kendaraan utama disajikan.

1.    Sensor pemindahan dan sudut

Transduksi teknik untuk jenis-jenis sensor terdiri dari dua jenis :

•      dihubungkan dengan bagian mekanis;

•      tanpa kontak.

Sensor potensiometri adalah yang paling sering digunakan dalam sistem kendaraan. Salah satu teknik yang paling menarik adalah penggunaan unsur plastik konduktif dengan kursor menghubungi beberapa [40].

Kekebalan tinggi untuk parameter seperti suhu dan gangguan elektromagnetik (EMI) karena berfungsi pasif dan ratiometric membuat sensor ini sangat cocok untuk digunakan otomotif.

Banyak kemajuan telah dibuat dalam perlawanan geser pakai kontak. Beberapa produsen jaminan siklus hidup lebih dari 100 juta untuk produk mereka. Meskipun perbaikan ini, kecenderungan yang muncul dalam bidang otomotif adalah dengan menggunakan sensor jenis baru yang tidak memerlukan komponen mekanis dalam kontak. Terdapat teknik transducing berbeda berdasarkan pada prinsip-prinsip fisik yang berbeda [41]:

•      magnet (efek Hall, magnet resistif, LVDT);

•      optik (incremental, encoders absolut);

•      kapasitif.

Semua Transduser elektronik khusus tercantum perlu sinyal-AC dan sehingga mereka lebih sensitif terhadap gangguan suhu dan elektromagnetik dibandingkan dengan perangkat potensiometri.

teknik deposisi film tipis dan tebal bahan magnetoresistive tampaknya sangat menjanjikan untuk pengembangan posisi linier dan sensor sudut yang dapat dari jenis absolut atau tambahan.

Contoh aplikasi Otomotif dari perangkat ini adalah sensor yang menggunakan deposisi film tipis bahan ferromagnetic (MRE), yang telah menarik karakteristik stabilitas, linieritas dan hambatan dalam kondisi lingkungan yang kasar [42].

Kondisi lingkungan yang parah sistem kendaraan membuat solusi optik atau kapasitif kurang cocok untuk aplikasi di area yang meskipun ada beberapa studi tentang otomotif posisi sensor kapasitif [43].

Penggunaan no-perangkat menghubungi tetap dalam kasus tergantung pada pencapaian biaya yang kompetitif di pasar otomotif.

2.    Accelerometers

Percepatan merupakan salah satu besaran fisika yang paling berguna untuk strategi sistem kontrol kendaraan yang berbeda. Teknologi konstruktif paling luas memanfaatkan struktur kantilever silikon [44] atau kantilever alumina substrat [45]. Lever deformasi lengan terdeteksi oleh teknik kapasitif atau piezoresistif. Kisaran bunga untuk aplikasi kendaraan adalah ± 2 G dengan bandwidth 50 Hz.

Beberapa perangkat kepentingan tertentu menggunakan metode pengukuran Komentar [46], yang bertindak atas massa seismik dengan gaya elektrostatik yang bertentangan dengan gerakan paksa di atasnya oleh percepatan. Oleh karena itu resolusi tinggi, waktu respon yang rendah dan sensitivitas lintas rendah diperoleh yang merupakan beberapa syarat utama untuk aplikasi kendaraan.

3.    Gyrometers

Strategi dan sistem kontrol 4WS AS, peran yang sangat menarik dimainkan oleh pengukuran yaw rate dan roll kendaraan. Rentang dinamis dari parameter yang sangat luas (0,1-100deg/s), dan akurasi sensor tinggi diperlukan.

Pengembangan gyrometers untuk aplikasi on-board memiliki pertumbuhan meningkat dalam beberapa tahun terakhir. Seperti halnya solusi tradisional yang didasarkan pada perangkat mekanik (efek Coriolis) atau yang optik (Sagnac efek) [47], solusi alternatif telah dikembangkan untuk memenuhi persyaratan murah untuk produksi skala besar.

Penelitian yang dilakukan oleh Renault telah menyebabkan realisasi prototipe gyrometer akustik [48] menggunakan pengukuran efek Coriolis pada gas yang terkandung dalam rongga silinder.

Prinsip lain transduksi menarik adalah berdasarkan perpindahan arah medan listrik pada elemen piezoelectric, karena efek Coriolis.

Struktur didasarkan pada tiga elemen keramik piezoelektrik ditempatkan pada sisi tongkat bagian segitiga sama sisi [49]. Salah satu unsur bekerja sebagai osilator frekuensi resonansi sementara dua lainnya mendeteksi distribusi medan listrik di bagian bar. Arah vektor medan listrik berkorelasi dengan kecepatan rotasi dari struktur. Tidak adanya bagian yang bergerak, kemungkinan miniaturisasi dan sensitivitas tinggi membuat solusi ini sangat menarik untuk aplikasi otomotif masa depan.

D.   SENSOR SISTEM KEAMANAN

sistem keselamatan dapat dibagi menjadi yang aktif dan pasif. Yang pertama berfungsi untuk mencegah kecelakaan dan yang kedua untuk mengurangi efek.

Hanya beberapa sistem pasif telah mencapai tingkat kehandalan dan biaya yang diperlukan untuk pasar otomotif. Baru-baru ini beberapa produsen mobil telah memperkenalkan airbag [50,51] penggerak yang diaktifkan oleh perlambatan mendadak setelah kecelakaan. Sensor mengaktifkan sistem terdiri dari satu atau lebih accelerometers dengan fitur kehandalan tinggi untuk meminimalkan kemungkinan kerusakan fungsi.

Sistem keselamatan aktif lebih kompleks dan belum mencapai tingkat keandalan yang cukup tinggi untuk membuat mereka cocok untuk pasar otomotif. Pengembangan sensor dan sistem ini merupakan salah satu topik proyek Prometheus Eropa [52]. Dalam proyek ini keadaan penelitian tentang fungsi-fungsi berikut ini disajikan.

•   identifikasi kondisi jalan;

•   penetapan kendala

•   lokalisasi kendaraan pada jaringan jalan.

1.    Sensor deteksi Es di jalan

Koefisien pantul permukaan jalan terdeteksi melalui sebuah sinar inframerah, laser solid-state diarahkan pada jalan dan photodetektor yang mengukur radiasi yang dipantulkan. Panjang gelombang dipilih dalam sebuah band menyerap dari es yang sedikit berbeda dengan air atau uap, yang memungkinkan deteksi keberadaan es di jalan basah.

2.    Kekasaran Jalan sensor

teknik yang berbeda untuk pengukuran kekasaran jalan telah dipelajari, berdasarkan pantulan ultrasound, cahaya atau gelombang mikro. Metodologi yang paling menjanjikan menggunakan sinyal yang datang dari pengukuran jarak antara kendaraan dan permukaan jalan dengan cara posisi optik sensor [53].

Namun, biaya perangkat ini masih terlalu tinggi untuk pasar otomotif.

3.    Sensor Anticollision (Gambar 7)

sistem Anticollision umumnya berdasarkan pengukuran jarak untuk menentukan zona aman di sekitar kendaraan dan criticalities objek sekitarnya.

Gambar 7 : Khas peta radar.

Kecepatan dan percepatan relatif dapat diturunkan dari jenis informasi. Teknik pengukuran utama adalah optik (LIDAR), ultrasonik gelombang mikro (radar) dan.

Sistem berdasarkan scan sinar laser memungkinkan definisi sudut dan jarak tinggi dan tampaknya cocok untuk aplikasi cruise control. Mereka tidak dapat digunakan dalam cuaca buruk seperti salju, kabut dan hujan. Untuk mengatasi keterbatasan ini, radar microwave didasarkan pada dua teknik modulasi sedang diteliti: modulasi frekuensi dan modulasi impuls. Untuk kedua, pilihan frekuensi pembawa sangat penting karena jika menentukan dimensi antena dan perbedaan balok. Untuk mendapatkan dimensi terbatas dan divergencies rendah, sistem harus bekerja pada frekuensi lebih tinggi dari 20GHz. Hal ini meramalkan bahwa evolusi dari MMIC (microwave sirkuit terpadu monolitik) akan memungkinkan perangkat masa depan untuk beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi dari 35 GHz dengan produksi besar-besaran.

balok scan [54] dapat direalisasikan dalam tiga cara berbeda :

1.    mekanis, dengan gerakan langsung dari elemen antena atau mencerminkan;

2.    dengan frekuensi scan (hanya untuk radar impuls);

3.    bertahap array.

E.   SENSOR SISTEM NAVIGASI

Dalam sistem ini informasi untuk memberikan pengemudi adalah posisi kendaraan pada jaringan jalan, jalan terpendek untuk mencapai suatu tujuan tertentu, data mengenai tempat parkir yang tersedia, kondisi cuaca dan kemacetan lalu lintas atau antrian.

Sarana untuk mengumpulkan informasi didasarkan pada sistem infrastruktur seperti satelit, sistem komunikasi radio (RDS). telepon seluler dan teknik otonom (dead reckoning) dan menggunakan peta digital rinci untuk memecahkan masalah ambiguitas, kalibrasi ulang dan routing [56].

Sensor digunakan untuk memberikan informasi yang berguna untuk diintegrasikan dengan data yang terdapat dalam peta digital adalah:

•      odometers;

•      kompas magnetik (fluxgate);

•      gyrometers.

F.    SENSOR KENYAMANAN LINGKUNGAN

sistem kontrol elektronik untuk AC memungkinkan tingkat yang lebih tinggi dari efisiensi dan kenyamanan telah dikembangkan. Sistem yang lebih kompleks menggunakan suhu, iradiasi matahari, kelembaban dan sensor aliran udara.

Fungsi lain yang penting adalah pengendalian tingkat polutan gas buang (HC, CO, NO,) di dalam kendaraan karena lalu lintas. Dalam hal ini satu atau lebih sensor gas harus terintegrasi dalam sistem pengkondisian untuk mendeteksi keberadaan gas tersebut dan untuk memungkinkan unit elektronik untuk bertindak sesuai dengan strategi khusus [57].

Sensor ini harus mampu mendeteksi konsentrasi gas berbahaya lebih rendah dari 10 ppm. Ada perangkat komersial dengan deposisi film tebal dari Sn0₂ didoping dengan logam mulia dan berisi elemen pemanas yang menjaga elemen sensitif pada suhu berfungsi (400⁰C).