傳感器接口新標準誕生 掀起新方案熱潮

業(yè)界的某些評論已經(jīng)過分夸大了IEEE1451智能變送器接口標準的消亡。該標準被束之高閣，直到開發(fā)人開始使用*近批準通過的IEEE1451.4部分。這一部分標準中增加了存儲元件以使傳感器更加智能化，還通過變送器電子數(shù)據(jù)表格(TransducerElectronicDataSheets,TEDS)增加了自識別功能。這種簡便的方法使變送器電子數(shù)據(jù)表格可用于大量現(xiàn)存的模擬傳感器接口，且添加了即插即用功能，并確保了**和經(jīng)濟的解決方案和應(yīng)用。簡言之，P1451不再是“一個尋找問題的解決方案”(P代表整個標準目前處于提交狀態(tài))。
　　
　　這一標準滿足了中小型傳感器和變送器制造商長久以來的期望——尋求一個通用的傳感器接口，但卻長期承擔著不同網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線、協(xié)議和需求造成的歷史負擔。1451標準*初的概念是為了讓變送器外殼有空間安裝驅(qū)動器，允許變送器可插入P1451類的驅(qū)動器，減少了專門驅(qū)動的需要，據(jù)說能節(jié)省90%~95%以前用于軟件開發(fā)的時間。
　　
　　歷史背景
　　
　　1451是1994年由電氣與電子工程師學會(IEEE)儀器與測量分會和美國國家標準與技術(shù)協(xié)會(NIST)發(fā)起，目的是希望用標準通信接口解決傳統(tǒng)傳感器集成的問題。目前，P1451已經(jīng)發(fā)展成擁有7個工作組，其中4個是正式批準的。
　　
　　*近，P1451.3工作組定義了用于集群傳感器應(yīng)用和確保高速、同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉藴省Ｍ瑫r，P1451.4工作組完成了模擬變送器的混合模式通信的應(yīng)用，例如數(shù)字電子表格和模擬信號。
　　
　　約兩年以前，美國國家儀器公司(NI)報道說它意識到了1451.4潛在的價值，并開始與IEEE工作組更積極地合作。NI的激勵和IEEE的批準通過成為1451.4復(fù)蘇的動力。
　　
　　1451.4的開展
　　
　　通過給模擬變送器增加即插即用功能，其可將其添加到數(shù)字儀器和測量系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中。IEEE1451.4目前正有一個良好的機會，依靠簡化變送器的安裝、網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與系統(tǒng)的維護和更新來加快聯(lián)網(wǎng)傳感器的應(yīng)用。1451.4正通過建立一個通用系統(tǒng)達成上述目標，該系統(tǒng)的信息數(shù)字網(wǎng)絡(luò)需要辨識、標志、接口和使用來自模擬傳感器的信號。
　　
　　1451.4工作組副主席，美國國家儀器公司經(jīng)理DavidPotter解釋說1451.4是一項實用的技術(shù)標準，它使變送器電子數(shù)據(jù)表格與模擬測量相兼容。“由于在變送器模擬接口增加了自識別功能，該標準具有令任何測量系統(tǒng)，模擬的或數(shù)字的，更易于安裝、配置和維護的潛力。當傳感器連接到數(shù)據(jù)采集設(shè)備或任何儀表板，就會得到大量的關(guān)于安裝范圍、濾波和其他一些參數(shù)。如果這些信息已經(jīng)保存在一塊存儲芯片中，那么你就可以自動進行安裝與校正。”
　　
　　1451.4標準還利用嵌入在傳感器中的電可擦除、可編程、只讀存儲器芯片(EEPROM)實現(xiàn)即插即用功能詳細資料的存儲與通信。制造商可以由Internet獲取芯片的標志符。一個完整的變送器電子數(shù)據(jù)表格可能包含一個具體類型傳感器的類型識別和屬性內(nèi)容，如加速計、麥克風、應(yīng)變儀、熱電偶和其他類別傳感器。變送器電子數(shù)據(jù)表格中還可以包含傳感器的全部校準數(shù)據(jù)。
　　
　　對某個具體傳感器的要**，模板描述文件應(yīng)當在網(wǎng)站上給出并發(fā)布。該標準考慮到在一些現(xiàn)存的傳感器中不能嵌入如EEPROM的存儲器，因此在Internet上提供了虛擬變送器電子數(shù)據(jù)表格。美國國家儀器公司和他的合作伙伴提供了龐大的虛擬變送器電子數(shù)據(jù)表格庫，可以在網(wǎng)址www.ni.com/sensors免費下載。作為美國國家儀器公司合作伙伴計劃的一部分，目前大約有25家公司提供符合1451.4標準的傳感器。
　　
　　Seymour在2004年ISA展會上展示了Watlow公司的Infosense-P型即插即用熱電偶、熱電阻和電熱調(diào)節(jié)器如何與符合1451.4標準的芯片和變送器電子數(shù)據(jù)表格配合使用，用于校準一個典型的“衣架(coathanger)”，并使其比傳統(tǒng)的溫度傳感器更**。
　　
　　Watlow公司的“衣架”
　　
　　對測試和測量用戶而言，1451.4標準可以大幅度提高熱電偶的精度。例如，典型的J型熱電偶是由兩種不同等級和相對精度的金屬組成，但是，Watlow公司*近發(fā)現(xiàn)在它生產(chǎn)的熱電偶上增加1451.4的單線存儲器，提高了校準性能和曲線線性化程度，測量誤差從1.5℃到0.5℃降低了三倍，使之比美國國家標準化組織的熱電偶更加**又如，一個典型的K型熱電偶通常使用在600℃時有±2.6℃的不確定度，但是通過加入符合1451.4標準的智能傳感器和更好的原材料，根據(jù)Watlow公司戰(zhàn)略市場經(jīng)理ChrisSeymour的說法，可將在600℃時的不確定度降低到0.6℃。同時他補充說，一個A級的熱電阻(RTD)工作在600℃時通常有±1.4℃的不確定度，而1451.4將其改造為智能熱電阻后，其不確定度可以小到0.2℃。
　　
　　Murphy在2004年ISA展會上展示了Watlow公司的Infosense-P型即插即用熱電偶、熱電阻和電熱調(diào)節(jié)器如何與符合1451.4標準的芯片和變送器電子數(shù)據(jù)表格配合使用，用于校準一個典型的“衣架(coathanger)”，并使其比傳統(tǒng)的溫度傳感器更**。
　　
　　“我們主要是向OEM供貨，這要求精度和可重復(fù)性，他們之前不得不購買精度在0.5%~1.0%誤差范圍的傳感器，現(xiàn)在我們可以將所有的校準信息存放于一片存儲器中”，Seymour說。“我們現(xiàn)在能實時地了解一個傳感器的工作狀態(tài)，因為它其中的數(shù)字元件可以告訴我們其模擬側(cè)的運行狀態(tài)。在這個情況下，我們的OEM客戶能夠生產(chǎn)出在較高溫度下工作，并比熱電阻技術(shù)更**的熱電偶，而后者要昂貴得多。”
　　
　　Seymour補充說采用符合1451.4標準的芯片意味著：為了獲得更好的精度、提高壽命、降低溫漂，Watlow公司也可以在其熱電偶使用新型混合材料，例如高溫合金。現(xiàn)在，芯片中有所有的電壓/電阻數(shù)據(jù)表，能告訴儀器它可能是什么類型的傳感器。“以前用戶不得不購買校準表，但很容易被丟棄。而現(xiàn)在，擁有了變送器電子數(shù)據(jù)表格后，就不可能將信息與芯片分離開了”，Seymour又說。“而且，*初的標準是傳感器必須線性運行，變化也必須是線性的，因為所有的儀器都是模擬的。現(xiàn)在，我們有數(shù)字電子技術(shù)，我們可以跟蹤記錄任何我們想要的功能，包括收集有關(guān)未來傳感器工作故障的數(shù)據(jù)”。