TEDS : Economie, Gain de temps de réglage et Sûreté des mesures

Quand il s’agit de trouver le bon capteur, les exigences techniques ne sont pas la seule chose qui compte. Pouvoir manipuler simplement le capteur est tout aussi important. Son installation devra être rapide et facile et le paramétrage de la chaîne de mesure devra être tout aussi efficace et effectué sans erreur. Prenons l’exemple des capteurs de force pour illustrer les  solutions modernes, d’aujourd’hui.

Les capteurs de force traditionnels offrent beaucoup en termes de mécanique, mais le calibrage de la chaîne de mesure conforme aux propriétés du capteur raccordé peut être une opération considérable. Les personnes utilisant les matériels de mesure doivent être parfaitement au courant de la technologie propre aux capteurs et doivent aussi connaitre le fonctionnement des amplificateurs. Pas étonnant que les ingénieurs en mesure recherchent un capteur qui contienne son numéro de série, sa référence de modèle et ses données métrologiques. La technologie TEDS ("Transducer Electronic Data Sheet") véritable fiche électronique d’identification du capteur avait apporté la solution depuis plusieurs années.

TEDS: Qu'est-ce que c'est exactement ?

Un circuit TEDS délivre une information unique sur le capteur telle une empreinte digitale. Cela simplifie de manière significative la manipulation des capteurs. La norme internationale concernant TEDS est l’IEEE1451.4. Cette norme décrit la connexion et utilisation d’un circuit TEDS. La standardisation permet aux utilisateurs d’avoir des capteurs et des appareils de mesure provenant de fabricants différents et de pouvoir les combiner ensemble pour constituer un seul système.

Beaucoup d’appareils peuvent lire un TEDS et écrire dessus

Les produits HBM utilisent couramment la fonction TEDS. Presque tous les capteurs sont proposés avec le module TEDS (soit en standard ou en option sous différentes formes). Les amplificateurs HBM peuvent lire le TEDS et beaucoup d’entre eux ont la possibilité de définir  les données.

Toutes les données sont stockées à l’intérieur du TEDS dans des matrices standardisées qui peuvent être assimilées à des tableaux dans lesquels sont indiqués les paramètres du capteur.

Chaque circuit TEDS comporte une matrice intitulée « Base TEDS ». Les informations suivantes y sont stockées :

  • Nom du fabricant du capteur
  • Série ou type de capteur
  • Référence du modèle
  • Numéro du modèle
  • Numéro de série du capteur

Le TEDS stocke les données de manière codée dans les différentes matrices du circuit.

Dimensions du TEDS : Cette petite carte imprimée peut être facilement intégrée dans de nombreux capteurs. Pour les capteurs trop petits, le circuit peut être placé dans la connectique.

Exemple de codage

Si dans le TEDS, le chiffre 31 est stocké en tant qu'identification fabricant cela signifie que le fabricant est HBM. Le circuit transmettra alors l’information « 31 » à l'amplificateur de mesure. Il faut donc que le logiciel associé aux systèmes d'amplificateur doit connaitre les codes. Il en est de même pour les informations relatives au modèle de capteur. Le fabricant de capteurs doit fournir ces données, en respect de la norme. Chez HBM, cette information est disponible au téléchargement dès la page d'accueil.

Matrices pour pratiquement chaque technologie de capteurs

D'autres matrices disponibles permettent de paramétrer le système d'acquisition avec une description correspondant au capteur.

Les paramètres de données capteur sont transférés après lecture de la Base TEDS. Les capteurs à jauges de contrainte (également appelés capteurs à pont de jauges) travaillent sur le principe du pont de Wheatstone. La norme IEEE1451.4 a défini une matrice appropriée pour cela.

En plus des informations sur la sensibilité du capteur de force (sortie électrique pour la charge nominale), la Base TEDS contient également d'autres données importantes comme la tension d'alimentation de référence, l’impédance du pont ou la date d’étalonnage (le cas échéant). D'autres capteurs à jauges de contrainte, comme les capteurs de pression, sont utilisés  pareillement, à condition d’être aussi un pont de Wheatstone.

Il est important de noter que toutes entrées peuvent être réécrites lors d’un nouvel étalonnage du capteur. S’il y a un léger changement sur la sortie capteur et qu’il est relevé durant l’étalonnage alors la nouvelle valeur mesurée peut être écrite sur le TEDS.

Le laboratoire des étalonnages HBM ou bien l'utilisateur lui-même peuvent écrire les données TEDS si un étalonnage est effectué sur site.

En dehors des capteurs à pont de jauges, la technologie TEDS supporte pratiquement toutes les autres technologies de capteurs comme les sorties de fréquence (encodeurs, capteurs de couple) ou les sorties tensions avec des matrices appropriées. D'autres matrices sont dédiées pour les opérations de linéarisation ou d’étalonnage des unités de visualisation avec interface de sortie, indépendamment si c'est une visualisation ou un bus de terrain EtherCAT ou PROFIBUS.

Peu de données - Transmission rapide

Le volume de données à transférer est particulièrement important. Pouvoir transférer rapidement les données est un avantage.

L'utilisateur peut en option définir entièrement le TEDS si on utilise des capteurs de soutenant pas la norme. Les modules TEDS peuvent être fournis par HBM dans le cas où les capteurs utilisés d’un autre fabricant n'offrent pas la fonction TEDS. Le module peut être placé dans le connecteur ou le câble et peut alors être défini selon le matériel correspondant. En effet, tous les capteurs existants peuvent être équipés pour être Plug and Play.

Extrait de la codification IEEE1451 des capteurs HBM. L'ensemble des données est disponible au téléchargement de la page d'accueil HBM

Raccordement d'un module TED

Raccordement Classe 2

Raccordement d'un pont de Wheatstone avec TEDS par l'intermédiaire de câbles additionnels (Capteurs Classe 2 selon l’IEEE1451.4)

La norme IEEE 1451.4 permet une variété d'options pour le raccordement des modules TEDS. La méthode la plus facile est de loin d'utiliser deux câbles additionnels pour connecter  le circuit. Le schéma montre bien ce type de raccordement.

Cette méthode est une possibilité, mais elle présente souvent des limites en termes de mise en oeuvre :

  • Le câblage des capteurs dans les chaînes d’assemblage et les bancs d'essai est souvent réalisé avec des câbles 6 fils (deux fils pour l'alimentation du pont, deux fils de retour pour compenser les pertes en ligne et deux autres pour la transmission du signal de mesure). Ajouter deux câbles supplémentaires équivaudrait à remplacer entièrement le câblage. Ce qui n’est pas envisageable.
  • Les câbles de mesure de haute qualité employés sur les capteurs à jauges de contrainte n’existent pas en huit fils.

Raccordement sans fils supplémentaire

Raccordement du module TEDS dans un pont de jauges. Aucun fil supplémentaire n’est nécessaire.
Principe de fonctionnement de cette technologie sans fils : Une tension d’impulsion ouvre le commutateur ; les données du circuit peuvent être lues. Quand le commutateur se ferme, le circuit d'identification est court-circuité via la ligne alimentation / retour (excitation/sense) ; le capteur est en mode mesure.

C'est pourquoi ces capteurs de Classe 1 sont définis en tant que norme. Leur câble est utilisé à la fois pour alimenter le capteur, lire les données capteur du TEDS ou transmettre le signal de mesure. Le fonctionnement se fait électroniquement. Les inconvénients décrits précédemment avec la Classe 0 sont ainsi évités, toutefois les utilisateurs ne peuvent acquérir les mesures pendant la phase de téléchargement des données capteur dans l’amplificateur. Ce désagrément  est généralement acceptable car le paramétrage se fait rapidement et il semble raisonnable de prendre les mesures uniquement lorsque que l'amplificateur est réglé.

Les raccordements de Classe 1 sont la plupart du temps employés avec les capteurs IEPE. Selon les connaissances de l’auteur, cette méthode n'est pas employée dans la technologie de mesure avec jauges de contrainte et donc ne sera pas discutée d'avantage ici.

Une autre méthode est la configuration zéro-fil. Ces circuits n'exigent pas de fils supplémentaires, un peu comme les capteurs de Classe 1. HBM a développé cette méthode il y a quelques années pour pouvoir répondre aux exigences de ses clients qui souhaitaient  mettre en application cette technologie de TEDS dans leurs infrastructures existantes.

Avec cette méthode, le module TEDS est installé une minuscule connexion entre la ligne alimentation et la ligne retour du pont de mesure selon le schéma ci-dessous.

Ce type de circuit ne permet toujours pas de lire les données capteur pendant le processus de mesure. Une tension d’impulsion bascule le module du mode paramétrage en mode mesure. Un commutateur électronique ouvre et interrompt la ligne de retour ; les données peuvent être lues. Le commutateur se ferme à nouveau et bascule en mode mesure.

La norme IEEE1451.4 est actuellement en révision. La technologie zéro fil fera partie de la  nouvelle version et sera disponible libre de licence pour n'importe quel fabricant.

Impact du TEDS sur l'exactitude de mesure

La question de l'exactitude de mesure pourrait se poser, car ce type de raccordement amène une résistance additionnelle dans la ligne retour. En pratique, la configuration 6 fils permet de comparer les tensions de la ligne d’alimentation du pont et de la ligne retour. La résistance d'entrée de l'amplificateur est très élevée, ce qui signifie que cette petite résistance induite est  donc insignifiante. En plus, les capteurs sont étalonnés avec le module TEDS en place, ainsi  toutes les influences sont prises en compte.

Des mesures intensives ont montré un effet sur le point zéro en-dessous de 50 ppm. L’écart  (différence entre le signal du zéro absolu et de la mesure à la pleine charge) demeure sans changement. Un module TEDS n'a donc aucun impact sur l'exactitude de mesure d'un capteur.

Où doit être installé le TEDS ?

Comme expliqué précédemment, le module TEDS ne pas être séparé du capteur. C'est pourquoi le meilleur emplacement est à l'intérieur même du capteur.

Mais cela n’est pas toujours possible, si vous utilisez par exemple des capteurs de petites dimensions. Dans ce cas le circuit TEDS peut être monté dans le connecteur. HBM propose cette fonction TEDS sur pour presque l’ensemble de ces capteurs. HBM utilise la technologie Zéro Fil, qui garde la plupart des avantages liés aux capteurs à jauges de contrainte. La Classe 2 s’applique au montage du TEDS dans la prise et les modèles de connecteurs de peuvent intégrer la configuration zéro-fil.

Des solutions faites sur demandes clients sont disponibles pour toutes les autres configurations. Il est possible de placer le module TEDS dans le câble du capteur.

Perspective

Comme cela a été indiqué, la norme IEEE1451.4 est actuellement en cours réactualisation. Le groupe de travail comprend des représentants et des utilisateurs de l'industrie, HBM en fait partie. L'expérience acquise en pratique a démontré que la prédéfinition de l'unité d’affichage  est une condition importante, qui sera prise en compte à l'avenir. Il sera également plus facile d'effectuer des corrections de linéarité. La technologie Zéro Fil sera aussi ajoutée à la norme. L'organisation et les circuits ne changeront pas, ce qui est très important pour les utilisateurs actuels car les capteurs déjà livrés restent parfaitement utilisables dans le futur.


Contactez-nous Nous sommes à votre écoute pour répondre à toutes vos demandes.