Los TEDS ahorran costes, reducen el tiempo de configuración y aumentan la seguridad de las aplicaciones

A la hora de elegir el sensor adecuado, los requisitos técnicos no son lo único que importa. La facilidad de uso también es primordial. La instalación debe ser rápida y sencilla; la parametrización de la cadena de medición debe ser eficiente y no debe ser propensa a errores. Analizamos las soluciones más modernas, utilizando como ejemplo los sensores de fuerza.

Los sensores de fuerza tradicionales tienen mucho que ofrecer en términos mecánicos; sin embargo, la calibración de la cadena de medición en línea con las propiedades del sensor conlleva un trabajo considerable. El personal responsable de esta tarea debe conocer la tecnología del sensor igual de bien que el funcionamiento de los amplificadores. Por eso no es de extrañar que muchos ingenieros de medición prefieran sensores que ya traen de fábrica sus propios datos de calibración, número de serie y tipo. Desde hace varios años, la tecnología TEDS (hoja de datos electrónica de transductor) se ha convertido en una solución excelente.

TEDS: ¿qué es exactamente?

Un chip TEDS es como una huella dactilar que almacena información específica del sensor. Es una tecnología que simplifica notablemente la manipulación de los sensores. El estándar internacional de los TEDS es el IEEE 1451.4. Este estándar describe la conexión de los circuitos de los TEDS. La normalización ofrece a los usuarios la ventaja de poder combinar tecnologías de sensor y amplificador de distintos fabricantes en un único sistema.

Muchos dispositivos pueden leer e interpretar la información de la TEDS

La TEDS se ha convertido en una tecnología de uso común en HBM. Prácticamente todos los sensores se pueden equipar con TEDS (como opción de serie o en soluciones personalizadas). Los amplificadores de HBM pueden leer TEDS y muchos otros dispositivos tienen la opción de reconocerlos.

En un chip TEDS, todos los datos se guardan en forma de plantillas. Estas plantillas pueden visualizarse como tablas en las que se enumeran los parámetros del sensor.

Cada chip TEDS contiene una plantilla denominada "Basis TEDS"m que contiene la siguiente información:

  • Fabricante del sensor
  • Serie tipo del sensor
  • Letra de la versión
  • Número de la versión
  • Número de serie del sensor            

El procedimiento TEDS almacena los datos necesarios cifrados en plantillas en el chip.

Comparación de tamaño de una TEDS. Esta diminuta placa base se puede integrar fácilmente en muchos sensores. En el caso de sensores de tamaño muy reducido, los circuitos se pueden instalar en el conector.

Ejemplo de codificación

El identificador de fabricante que corresponde a HBM en la TEDS es el número 31. El chip del sensor transmite un "31" al amplificador. Naturalmente, el firmware del amplificador debe conocer ese código. Lo mismo se aplica a la información sobre la serie tipo del sensor. El fabricante carga en el sensor esos datos (siempre que el sensor cumpla la norma). En HBM, esta información se puede descargar en la página de inicio de nuestra web.

Plantillas para prácticamente todas las tecnologías de sensor

Existen otras plantillas que permiten configurar los parámetros del sistema de adquisición con una descripción del sensor en cuestión.

Los parámetros de los datos del sensor se transfieren una vez que se ha leído la plantilla "Basis TEDS". Los sensores de fuerza con tecnología de galgas extensométricas se denominan sensores de puente; es decir, se trata de sensores que funcionan según el principio del puente de Wheatstone. La norma IEEE 1451.4 define la plantilla oportuna.

Además de información relativa a la sensibilidad del sensor de fuerza (es decir, la combinación de la salida nominal y la fuerza nominal), la plantilla Basis TEDS contiene otros datos importantes, como la tensión de alimentación de referencia, la resistencia del puente o la fecha de calibración (si la hubiera). Los demás sensores de galgas extensométricas (por ejemplo, para medir presión) se utilizan de forma similar, siempre que sus circuitos también conformen un puente de Wheatstone.

Cabe señalar que todos estos datos se pueden sobrescribir en cada nueva calibración. En caso de que se produzcan pequeños cambios en la salida nominal del sensor y se detecten, el nuevo valor de salida nominal se puede escribir en la TEDS después de la calibración.

De manera opcional, el laboratorio de calibración de HBM o el usuario pueden escribir los datos en la TEDS en caso de que se necesite una calibración en el lugar de instalación.

Mediante el uso de las plantillas pertinentes, la tecnología TEDS puede aplicarse a prácticamente todos los tipos de sensores, como las salidas de frecuencia (codificadores incrementales, sensores de par) o las salidas de tensión, aparte de los sensores de puente. Existen otras plantillas disponibles para operaciones de linealización y para la calibración de unidades de visualización en una interfaz de salida, como puede ser un display visual o un sistema de bus, tipo EtherCAT o PROFIBUS.

Pequeño volumen de datos, transmisión rápida

El volumen de datos que se transfiere es muy reducido, lo que supone una gran ventaja para la velocidad de transmisión.

De manera opcional, el usuario puede describir toda la información de la TEDS, en caso de que el fabricante no soporte el estándar. HBM dispone de chips TEDS para aplicaciones que requieren el uso de sensores de fabricantes que no ofrecen la tecnología TEDS. Las TEDS se pueden instalar en el propio sensor o en su cable, y la información se puede escribir mediante el hardware pertinente. De hecho, es posible configurar cualquier sensor del mercado y convertirlo en "plug and play".

Cifrado IEEE 1451 de los tipos de sensores de HBM (fragmento). El fichero de datos se puede descargar en la página de inicio del sitio web HBM.

Conexión del módulo TEDS

Conexión de clase 2

Conexión de un circuito de puente de Wheatstone con TEDS a través de cables adicionales (sensores de clase 2 de conformidad con IEEE 1451.4)

La norma IEEE 1451.4 prevé una gran variedad de opciones de conexión para los módulos TEDS. El método más sencillo consiste en emplear dos cables adicionales para conectar el módulo TEDS. La ilustración muestra este tipo de conexión.

No obstante, con frecuencia esta posibilidad presenta limitaciones prácticas:

  • En las líneas de montaje y los bancos de pruebas, el cableado de los sensores suele hacerse con cables de seis hilos (dos conductores para la alimentación eléctrica, dos líneas de detección para medir influencias del cable y dos para transmitir la señal de medición). La adición de dos cables más obligaría a renovar la totalidad del cableado: algo que, por lo general, no es aceptable.
  • Los cables de medición de alta calidad para sensores de galgas extensométricas no se encuentran disponibles en versiones de ocho conductores para todas las condiciones de aplicación.

Zero wire connection

Conexión del módulo TEDS en un puente de medición. No se requiere cableado adicional.
Funcionamiento básico de la tecnología de cero cables: un impulso de tensión abre el conmutador; se pueden leer los datos del chip. Cuando el conmutador se cierra, el chip de identificación se cortocircuita a través de la línea de alimentación/línea de detección (detección/alimentación); el sensor se encuentra entonces en el modo de medición.

Por eso los sensores de clase 1 se definen como estándar. Sus cables se utilizan tanto para leer los datos del sensor en la TEDS como para las mediciones. La conmutación se lleva a cabo de forma electrónica. De este modo se evitan los inconvenientes anteriormente señalados, aunque el usuario no puede hacer mediciones mientras el amplificador está leyendo los datos del sensor. Este inconveniente suele considerarse aceptable, ya que la configuración de parámetros es un proceso rápido y lo lógico es calibrar primero el amplificador y medir después.

Las conexiones de clase 1 se utilizan principalmente con los transductores IEPE. Por lo que sabemos, este método no se utiliza en la tecnología de medición con galgas extensométricas y, por lo tanto, no lo discutimos en este artículo.

 

Otra posibilidad sería la configuración de cero cables. Estos circuitos no requieren cables adicionales, al igual que los sensores de clase 1. HBM desarrolló este método hace algunos años para cumplir los requisitos de los clientes que necesitaban implantar la tecnología TEDS en infraestructuras ya existentes.

Con este método, el módulo TEDS se instala con una diminuta conexión entre la línea de alimentación eléctrica y la línea de detección del puente de medición, tal y como se muestra en la ilustración de más arriba.

Este tipo de circuito tampoco permite a los usuarios leer datos del sensor durante el proceso de medición. Un impulso de tensión permite al módulo alternar entre el modo de parametrización y el de medición. Un conmutador electrónico se abre e interrumpe la línea de detección para que se puedan leer los datos. Después, el conmutador se cierra de nuevo y vuelve al modo de medición.

El estándar IEEE1451.4 se encuentra en la actualidad en proceso de revisión. La tecnología de cero cables formará parte de la nueva versión y podrá ser utilizada por cualquier fabricante sin necesidad de licencia.

Repercusiones de las TEDS en la precisión de las mediciones

Queda pendiente la cuestión de la precisión de la medición, ya que la conexión requiere una resistencia adicional en la línea de detección. Básicamente, la configuración de 6 hilos mide la diferencia de potencial entre la línea de alimentación del puente y la línea de detección. La resistencia de entrada del amplificador es muy alta, lo que hace que la pequeña resistencia en serie resulte insignificante. Además, los sensores se calibran a través del chip TEDS, lo que significa que cualquier influencia se tiene en cuenta.

Las mediciones intensivas tienen un efecto sobre el punto cero muy por debajo de 50 ppm. La propagación (diferencia entre el punto cero y la señal de medición a la fuerza máxima) permanece inalterada. Por lo tanto, los módulos TEDS no influyen en la precisión de medida de un sensor de puente.

¿Dónde se instala la TEDS?

Como ya se ha señalado, la TEDS debe estar siempre inseparablemente conectada al sensor. Por este motivo, la mejor ubicación para instalarla es el interior del propio sensor.

Puede que esto no sea posible con sensores de tamaño muy reducido como, por ejemplo, los sensores de fuerza con un diseño mecánico que no permita la instalación de la TEDS en el elemento de resorte. En esos casos, el chip TEDS se puede instalar en el conector. Este tipo de sensores solo se encuentran disponibles con opción de instalación de la TEDS en el conector. Casi todos los sensores de HBM se ofrecen con la tecnología de cero cables, que es la que aporta más ventajas en combinación con los sensores de galgas extensométricas. Los diseños de clase 2 únicamente se utilizan cuando es preciso instalar TEDS dentro del conector y el modelo de conector no permite aplicar una configuración de cero cables.

Para otras configuraciones, se ofrecen soluciones a medida, que pueden consistir en una placa base TEDS como componente independiente o en soluciones instaladas en el cable.

Perspectivas

Como se hemos dicho, el estándar IEEE1451.4 se encuentra en proceso de revisión. El grupo de trabajo está formado por usuarios y representantes del sector, entre los que figura HBM. La experiencia práctica ha demostrado que la definición previa de la unidad de display es un requisito importante, y se tendrá en cuenta en el futuro. También será más sencillo llevar a cabo correcciones de linealidad. La tecnología de cero cables se incorporará al estándar. La organización y los circuitos permanecerán inalterados, de modo que los sensores que se están suministrando en la actualidad seguirán siendo perfectamente utilizables en el futuro.


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