IEEE 1451.4 TEDS Plantillas de sensores

IEEE 1451.4 es un estándar emergente para agregar capacidades plug and play a transductores analógicos. El mecanismo subyacente para la identificación plug and play es la estandarización de un TEDS, que significa Hoja de datos electrónica del transductor. Un TEDS contiene la información crítica que necesita un instrumento o sistema de medición para identificar, caracterizar, interconectar y usar adecuadamente la señal de un sensor analógico. Datos como el tipo de sensor, el fabricante y la información de calibración son solo algunos de los que se pueden almacenar en un TEDS. El TEDS se implementa para un sensor de una de dos maneras. En primer lugar, el TEDS puede residir en una memoria integrada, típicamente una EEPROM, dentro del transductor analógico, como se define en el estándar IEEE 1451.4. Segundo, un TEDS Virtual puede existir como un archivo separado, descargable de Internet. Este concepto de TEDS virtual extiende los beneficios del TEDS estandarizado a sensores heredados y aplicaciones donde la memoria integrada o EEPROM no está disponible.

IEEE 1451.4 define el método de codificación de la información TEDS para una amplia gama de tipos y aplicaciones de senor. Con el fin de cubrir un rango tan amplio y al mismo tiempo mantener el uso de la memoria al mínimo, el concepto TEDS IEEE 1451.4 utiliza el concepto de plantillas que definen las propiedades específicas para diferentes tipos de sensores. Este artículo describe la estructura y el contenido del TEDS IEEE 1451.4, incluyendo el TEDS básico y cada una de estas plantillas de sensores específicas.

Estos son algunos de los beneficios del uso de sensores TEDS:

• Fiabilidad de los datos
• “Carga” automática de datos del transductor al software
• Facilidad de conectividad
• Configuración más rápida del sensor
• Eliminar la entrada manual
• Estándar abierto

La especificación IEEE 1451.4 define un TEDS como que consiste en múltiples secciones encadenadas entre sí para formar un TEDS completo. La primera sección es el TEDS Básico, compuesto por la información esencial de identificación. Normalmente, un TEDS estándar de IEEE que define las propiedades importantes para un tipo de sensor en particular sigue el TEDS básico. Opcionalmente, esta plantilla estándar TEDS puede ir seguida de una plantilla de calibración. Los selectores de dos bits en los datos TEDS indican la siguiente sección. Finalmente, la sección final del TEDS se especifica como área de usuario abierta.

Los datos TEDS que se programan en una EEPROM, a diferencia de un archivo TEDS virtual, también incluyen un valor de suma de control, que no se incluye en la Figura 1.

Los primeros 64 bits del transductor TEDS es el TEDS básico. El TEDS básico identifica de forma única el transductor e incluye el ID del fabricante (14 bits), el número de modelo (15 bits), la letra de versión (5 bits de código de caracteres), el número de versión (6 bits) y el número de serie del dispositivo (24 bits). Estos datos se organizan según el formato descrito en la tabla 1 en una memoria no volátil.

Tabla 1. Contenido básico de TEDS

	Longitud de bit	Rango permitido
ID del fabricante	14	17 - 16381
Número de modelo	15	0-32767
Carta de Versión	5	A-Z (tipo de datos Chr5)
Número de versión	6	0-63
Número de serie	24	0-16777215

NOTA — Muchos transductores se fabrican utilizando versiones preliminares (D0.9x) de esta norma, que describían un formato diferente para el TEDS básico que el utilizado en esta norma. Para más información, véase el Apéndice A.

El ID de fabricante es una enumeración de fabricantes. Se asignan varias identificaciones a los adoptantes tempranos, y las asignaciones futuras serán gestionadas por IEEE. Estas asignaciones de ID también estarán disponibles en un archivo de texto ASCII disponible en el IEEE o proveedores de software. El software puede usar este archivo para mostrar los nombres de los fabricantes. Los valores 0-16 y 16382-16383 están reservados para usos especiales, como listas de nodos en una configuración de múltiples nodos y plantillas definidas por el usuario.

La aplicación y asignación del resto del TEDS básico se deja a la discreción del fabricante. Específicamente, el número de modelo puede definirse como una enumeración del nombre del modelo para un fabricante determinado. Esta enumeración puede estar disponible en los fabricantes como un archivo ASCII para aplicaciones de software.

La norma define una colección de plantillas para las clases comunes de transductores que figuran en la Tabla 2. Las plantillas 25 a 39 son plantillas de tipo transductor que contienen las propiedades que se necesitan para los tipos específicos de transductores. Las plantillas 40, 41 y 42 son plantillas de calibración y se pueden utilizar con una de las plantillas de tipo transductor.



Las tablas de las secciones siguientes resumen el contenido de cada plantilla estándar de IEEE. Cada fila de la tabla corresponde a un comando de propiedad (designado en plantillas con el signo %) o comando de control que utiliza bits del TEDS, como Select Case. La primera columna en muchas de las tablas, etiquetada Select, indica los diferentes casos para Select Cases en las plantillas. Por ejemplo, un Select Case de 2 bits leído del TEDS puede tener cuatro casos diferentes, cada uno conteniendo una sección de plantilla que se utiliza para el valor Select Case correspondiente.

Las tablas también detallan el número de bits utilizados para cada propiedad, el nivel de acceso (usuario, calibración o identificación) y el tipo de datos. Los tipos de datos utilizados en estas plantillas estándar se resumen en la Tabla 3.

Tabla 3. Tipos de datos utilizados en las plantillas estándar IEEE

ConRes y ConRelRes proporcionan un método de codificación de valores no enteros con un uso mínimo de bits definiendo un rango limitado sobre el que se mapean los bits. El rango y la resolución de las propiedades ConRes y ConRelRes se enumeran en la plantilla.

Plantilla 25: Acelerómetro y transductores de fuerza
Esta plantilla está pensada para su uso con acelerómetros dinámicos y transductores de fuerza alimentados por corriente constante, o IEPE.

Plantilla 27: Micrófonos (con preamplificadores incorporados)

Esta plantilla está destinada a micrófonos de medición que incluyen un preamplificador integrado. Por lo general, estos dispositivos tendrán una interfaz de corriente constante o IEPE.

Plantillas 26, 28, 29 y 43

Las plantillas 26 y 43 están destinadas a amplificadores de carga, con la disposición de describir un transductor piezoeléctrico conectado, ya sea un acelerómetro o un transductor de fuerza. Plantilla 28 es una plantilla de preamplificador de micrófono, que puede especificar una cápsula de micrófono adjunta. La plantilla 29 es una plantilla que describe un micrófono capacitivo.

Los detalles sobre el contenido y la composición de las plantillas 26, 28, 29 y 43 se incluyen en el anexo A de la especificación IEEE 1451.4.

Plantilla 30: Plantilla de salida de voltaje de alto nivel

Esta plantilla es una plantilla de uso general diseñada para su uso con una amplia gama de sensores. Prácticamente cualquier sensor con una salida de voltaje analógica puede usar esta plantilla. El primer Select Case de 6 bits indica la medida física y las unidades correspondientes (como PSI, N, m/s², mm, %, etc.).

Plantilla 31: Current-Loop Output Template

Al igual que la plantilla de salida de voltaje, esta plantilla es una plantilla de uso general diseñada para su uso con una amplia gama de sensores. Prácticamente cualquier sensor con una salida de bucle de corriente (normalmente 4-20 mA o 0-20 mA) puede utilizar esta plantilla. El primer Select Case de 6 bits indica la medida física y las unidades correspondientes (como PSI, N, m/s², mm, %, etc.).

Plantilla 32: Plantilla de sensores de salida resistiva
Esta plantilla es una plantilla de uso general destinada a cualquier sensor cuya salida eléctrica sea una resistencia variable. Si un sensor resistivo está configurado como un potenciómetro, la plantilla 39 puede ser más apropiada. El primer Select Case de 6 bits indica la medida física y las unidades correspondientes (como PSI, N, m/s², mm, %, etc.).

Plantilla 33: Plantilla de sensores de puente

La plantilla de sensores de puente está destinada a cualquier sensor cuya interfaz de salida eléctrica sea un puente resistivo con una salida lineal. Por ejemplo, puede ser una célula de carga, un sensor de presión o un acelerómetro. El primer Select Case de 6 bits indica la medida física y las unidades correspondientes (como PSI, N, m/s², mm, %, etc.).

Plantilla 34: AC LVDT/RVDT Plantilla
La plantilla de sensores de puente está destinada a sensores de transformador diferencial variable lineal (LVDT) y de transformada diferencial variable rotativa (RVDT) basados en CA. El primer Select Case de 3 bits indica la medida física y las unidades correspondientes (como m, mm, pulgadas, radianes o grados).

Plantilla 35: Plantilla Strain-Gage

La plantilla de medidor de deformación está destinada a medidores de deformación utilizados en una configuración de medición de puente. Mientras que el escalado de lecturas desde el puente se basa en el factor de calibración, y puede o no ser lineal, las propiedades para los rangos físicos y eléctricos mínimo y máximo todavía se incluyen para definir el rango de operación del sensor.

Los medidores de deformación son únicos porque muchos de los parámetros de medición están determinados por la forma en que se instalan y montan los medidores. Por lo tanto, la plantilla incluye más propiedades que están determinadas por la configuración de medición y la propiedad en la que se monta el medidor. Ejemplos de esto son el coeficiente de Poisson, el módulo de Young y el tipo de puente.

Plantilla 36: Plantilla de termopar

La plantilla de termopar incluye la designación del rango de medición, rango de salida eléctrica y tipo de termopar. La especificación detallada de curvas de termopar no estándar no se incluye en esta plantilla.

Plantilla 38: Plantilla de termistor

La plantilla de termistor especifica el funcionamiento de un termistor utilizando la ecuación de termistor Steinhart-Hart.

Plantilla 37: Detector de temperatura de resistencia (RTD) Plantilla

La plantilla RTD, a través del caso selecto RTD CURVE, permite la especificación de una CURVE DIN estándar (casos 0 a 5) o CURVE personalizada (casos 6 y 7) utilizando coeficientes Callendar-Van Dusen.

Plantilla 39: Plantilla divisora de voltaje potenciométrico

La plantilla 39 está destinada a sensores cuyas salidas están configuradas como potenciómetro, en una configuración de divisor de voltaje resistivo. El primer Select Case de 6 bits indica la medida física y las unidades correspondientes (como PSI, N, m/s², mm, %, etc.).

El estándar IEEE incluye tres plantillas estándar designadas como plantillas de calibración que puede utilizar junto con una de las plantillas de transductor estándar de la sección anterior. La tabla de calibración y las plantillas de curvas de calibración proporcionan mecanismos para especificar por completo las curvas de entrada-salida del sensor.

La plantilla de tabla de calibración (ID = 40) permite la inclusión de múltiples pares de datos para especificar la función de entrada-salida del sensor. La plantilla de tabla de calibración utiliza los valores físicos y eléctricos mínimos y máximos contenidos en la plantilla de transductor estándar y especifica un número arbitrario (valor n en la tabla 16) de pares de datos dentro de estos rangos.

La Calibration CURVE Template (ID = 41) permite la especificación de la función de entrada-salida del sensor como una CURVE multipolinómica de múltiples segmentos. La plantilla de curvas de calibración utiliza los valores físicos y eléctricos mínimos y máximos contenidos en la plantilla estándar del transductor, y especifica un número arbitrario de curvas polinómicas dentro de estos rangos.

La plantilla de tabla de respuesta de frecuencia (ID = 42) permite especificar la función de respuesta de frecuencia del sensor como un conjunto de pares de datos amplitud-frecuencia.

Muchos transductores están en uso con una versión preliminar del estándar IEEE 1451.4 designado como v0.9. Los TEDS en estos sensores utilizan un formato diferente para el TEDS básico, así como diferentes plantillas. Aunque se han utilizado plantillas con valores de ID de 0 a 24, en las siguientes tablas se resumen las plantillas heredadas más populares, junto con los TEDS básicos utilizados en estos sensores.

Cuadro 19 Contenido básico de TEDS para sensores heredados v0.9

	Longitud de bit	Rango permitido
ID del fabricante	12	17 - 4095
Número de modelo	16	0-65535
Carta de Versión	5	A-Z (tipo de datos Chr5)
Número de versión	6	0-63
Número de serie	24	0-33554431

Véase también:

Lectura de sensores TEDS inteligentes y archivos TEDS virtuales en LabVIEW