TEDS para economia de custos, redução do tempo de configuração e segurança nas aplicações

Quando se trata de encontrar o sensor ideal, não importam apenas os requisitos técnicos. Uma forma simples de manuseio também é importante. A instalação deve ser rápida e fácil e a parametrização da cadeia de medição deve ser eficiente e livre de erros. Conheça as modernas soluções, usando sensores de força como exemplo.

Sensores de força tradicionais têm muito a oferecer em termos mecânicos, mas a calibração da cadeia de medição de acordo com as propriedades do sensor é uma tarefa considerável. Os responsáveis devem estar bem familiarizados com a tecnologia do sensor tanto quanto com a operação dos amplificadores. Não é de se admirar que diversos engenheiros queiram um sensor que contenha seus próprios dados de calibração, número de série e tipo. A tecnologia TEDS (Transducer Electronic Data Sheet ou Folha Eletrônica de Dados do Sensor) tem atendido a essa demanda por vários anos.

O que é exatamente um TEDS?

Um chip TEDS carrega informações exclusivas do sensor, como uma impressão digital. Isso simplifica significativamente o manuseio de sensores. O padrão internacional para TEDS é o IEEE1451.4. Este padrão descreve o circuito conector do TEDS. A padronização oferece aos usuários a vantagem da tecnologia de sensores e amplificadores de diversos fabricantes sejam combinados em um único sistema.

Muitos dispositivos podem ler e reconhecer TEDS

Os TEDS têm sido amplamente usados pela HBM. Quase todos os sensores são equipados com TEDS (mesmo uma opção padrão ou uma solução personalizada). Os amplificadores da HBM podem ler TEDS e muitos dispositivos tem a opção de editar TEDS.

Todos os dados são armazenados em templates em um chip do TEDS. Estes templates podem ser imaginados como planilhas onde os parâmetros do sensor são relacionados.

Cada chip TEDS contém um template chamado base TEDS. As seguintes informações são armazenadas:

  • Fabricante do sensor;
  • Modelo do sensor;
  • Versão da carta;
  • Número da versão;
  • Número de série do sensor.            

O TEDS armazena os dados necessários em templates codificados no chip.

Comparativo de tamanho de um TEDS: esta pequena placa-mãe pode ser facilmente integrada em muitos sensores. No caso de sensores muito pequenos, o circuito pode ser instalado no conector.

Exemplo de codificação

Se o número 31 é armazenado como o ID do Fabricante no TEDS, isso significa que o fabricante é a HBM. O chip no sensor transmitirá agora a informação "31" para o amplificador. É claro que o firmware no sistema do amplificador deve conhecer o código. O mesmo se aplica para informações sobre o modelo do sensor. O fabricante do sensor possui estas informações prontas, desde que o padrão seja suportado. Na HBM, esta informação está disponível para download em nossa página na internet.

Templates para praticamente todos os sensores

Outros templates disponíveis podem parametrizar os sistemas de aquisição com uma descrição relevante do sensor.

Os parâmetros para os dados do sensor são transferidos quando o TEDS é lido. Sensores de força são chamados de sensores ponte, isto é, um sensor que trabalha de acordo com o circuito de ponte de Wheatstone.

Além da informação sobre a sensibilidade do sensor de força (isto é, a combinação do sinal de saída e da força nominal), a base TEDS também contém outros dados importantes como a tensão de excitação de referência, a resistência da ponte ou data de calibração (se houver). Outros sensores, como por exemplo, para medição de pressão, são tratados de forma semelhante, desde que também possuam circuitos de ponte de Wheatstone.

É importante notar que estas entradas podem ser substituídas com qualquer nova calibração. Deve haver pequenas alterações na faixa de saída do sensor, e esta alteração é notada durante uma recalibração. Logo o novo valor de faixa de saída pode ser escrito no TEDS após a calibração.

O laboratório de calibração da HBM ou o próprio usuário pode escrever a informação do TEDS se uma calibração no local for necessária.

Além dos sensores em ponte, a tecnologia TEDS suporta todos os tipos de tecnologias de sensores, tais como saídas de frequência (encoders incrementais, sensores de torque) ou saídas de tensão usando templates importantes. Outros templates estão disponíveis para linearizações ou calibração de monitores em uma interface de saída, independentemente de se tratar de um monitor de exibição ou sistema bus, como EtherCAT ou PROFIBUS.

Pequenas quantidades de dados, rápida transmissão

O volume de dados a ser transmitido é mínimo, o que é uma grande vantagem quando se trata de velocidade de transmissão.

O usuário pode, opcionalmente, editar todo o TEDS se os sensores usados são de fabricantes que não suportam o padrão. Os chips TEDS estão disponíveis na HBM, no caso de uma aplicação usar sensores de um fabricante que não oferece TEDS. Eles podem ser instalados diretamente no sensor ou em seu cabo, e então poderá ser reconhecido usando o respectivo equipamento. Em linhas gerais, qualquer sensor pode ser configurado para ser plug & play.

Trecho da codificação IEE1451 para sensores da HBM. O conjunto de dados está disponível para download na página da HBM.

Conectando o módulo TEDS

Conexão classe 2

Conexão de um circuito de ponte de Wheatstone com TEDS via cabos adicionais (sensores classe 2 de acordo com a IEEE1451.4)

O IEEE 1451.4 permite uma variedade de opções de conexão para os módulos TEDS. A forma mais fácil de todas é usar dois cabos adicionais para conectar o módulo TEDS. A figura mostra este tipo de conexão.

Este método é uma opção, mas muitas vezes tem limites em termos de implantação:

  • O cabeamento para os sensores em linhas de montagem e bancos de ensaios é, muitas vezes, feito via cabos de seis fios (dois fios para fornecimento de energia, dois fios de detecção para medição das influências do cabo e dois para a transmissão do sinal de medição). Adicionar mais dois fios seria o equivalente a renovar todo o cabeamento, geralmente algo inviável;
  • Cabos de medição de alta qualidade para sensores baseados em strain gage não estão disponíveis em versões com oito fios para todos os tipos de aplicações.

Conexão sem fio

Conexão do módulo TEDS em uma ponte de medição. Nenhum cabeamento adicional é necessário.
Função básica da tecnologia sem fio: Um impulso de tensão abre a chave; dados podem ser lidos do chip. Quando a chave fecha, ocorre um curto-circuito na identificação do chip através da linha de alimentação / linha de detecção (sentido/excitação); o sensor está no módulo de medição.

É por isso que os sensores classe 1 são definidos como padrão. Os cabos dos sensores são utilizados para ler os dados do sensor do TEDS ou para medições: a comutação é feita eletronicamente. As desvantagens descritas acima são evitadas, embora os usuários não possam realizar medições enquanto são lidos os dados do sensor. Esta desvantagem é geralmente aceita, uma vez que a parametrização é concluída rapidamente e faz sentido apenas realizar medições, uma vez que o amplificador foi calibrado.

Conexões classe 1 são usadas principalmente para sensores IEPE. Como este método não é usado na tecnologia de medição com strain gages, não será abordada aqui.

Outro método seria o chamado "configuração sem fio". Este circuito não requer cabos adicionais, assim como os sensores classe 1. A HBM desenvolveu este método há alguns anos para atender às exigências de seus clientes, que necessitavam implementar a tecnologia TEDS em suas já existentes infraestruturas.

Neste método, o módulo TEDS é instalado com uma pequena relação entre o fornecimento de tensão e a linha de detecção da ponte de medição, como mostrado na figura abaixo.

Este tipo de circuito também não permite aos usuários lerem os dados do sensor durante o processo de medição. Um pulso de tensão alterna o módulo de parametrização para medição. Uma chave eletrônica abre e interrompe a linha de detecção: os dados podem ser lidos agora. A chave então fecha novamente e volta ao modo de medição.

O padrão IEEE1451.4 passa por revisões constantes. A tecnologia sem fio tornará parte da nova versão e estará disponível sem custo de licença para uso por qualquer fabricante.

TEDS impacta na precisão da medição

A questão da precisão de medição permanece, já que a conexão irá exigir um resistor adicional na linha de detecção. Essencialmente, a configuração de 6 fios mede a tensão entre a linha de tensão de excitação da ponte e a linha de detecção. A resistência de entrada do amplificador é muito alta, o que significa que a pequena resistência em série é insignificante. Além disso, os sensores são calibrados via TEDS, o que significa que qualquer influência será levada em consideração.

Medições intensas têm um efeito importante no ponto zero abaixo de 50ppm. A amplitude (diferença entre o ponto zero e o sinal de medição com força total) permanece inalterada. Portanto, um módulo TEDS não impacta na precisão de medição de um sensor ponte.

Onde o TEDS está instalado?

Conforme discutido acima, o TEDS deve estar sempre ligado ao sensor. É por isso que o melhor local de instalação é dentro do sensor.

Isso pode não ser possível no caso de sensores muito pequenos, como sensores de força com um design mecânico que não permite a instalação do módulo TEDS no elemento primário. Neste caso, o chip TEDS pode ser instalado no conector. Estes sensores estão disponíveis apenas com conectores de montagem de TEDS. A HBM oferece quase todos os sensores com tecnologia sem fio, o que é mais vantajoso em conjunto com sensores baseados em strain gage. Designs classe 2 são usados apenas se o TEDS puderem ser montados dentro do conector e o modelo do conector não permita a inclusão de uma configuração sem fio.

Soluções personalizadas estão disponíveis para todas as outras configurações. Pode ser uma placa-mãe TEDS como uma parte individual ou soluções com cabo montado.

Perspectiva

Como mencionado acima, o padrão IEEE1451.4 é frequentemente revisado. O grupo de trabalho inclui representantes da indústria e usuários, incluindo a HBM. Experiências práticas têm mostrado que uma definição prévia do monitor é um requisito importante, que deve ser levado em consideração no futuro. Também será mais fácil de realizar as correções de linearidade. A tecnologia sem fio será adicionada ao padrão. A organização e os circuitos deverão permanecer inalterados, o que significa que os sensores que são atualmente fornecidos permanecerão perfeitamente utilizáveis no futuro.


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