Auswirkungen von Temperaturänderungen auf LVDT-Wegsensoren
27. Juli 2024
Seit über 50 Jahren sind LVDT-Wegaufnehmer ein zuverlässiges Instrument zur linearen Positionsrückmeldung für eine Vielzahl von Anwendungen in Labor, Industrie, Militär und Luft- und Raumfahrt. LVDT-Wegaufnehmer sind von Natur aus zuverlässige Geräte, die hochpräzise lineare Wegmessungen von 0,1 mm bis 600 mm liefern und für einen breiten Bereich von Betriebstemperaturen geeignet sind. Während die Ausgangsstabilität des LVDT-Wegmessers für viele Anwendungen geeignet ist, kann sie durch Temperaturschwankungen beeinträchtigt werden. Bei einigen speziellen Anwendungen, wie z. B. in Flugzeugen, Unterwasserausrüstungen und Turbomaschinen, können die Auswirkungen der Temperatur erheblich sein.
Auswirkung von Temperaturschwankungen auf das Ausgangssignal
Temperaturschwankungen können das Ausgangssignal des LVDT auf zwei verschiedene Arten beeinflussen, zum einen durch mechanische Ausdehnung und zum anderen durch Veränderungen der elektrischen Eigenschaften des LVDT. Mechanische Ausdehnung verursacht eine relative Bewegung zwischen dem LVDT-Kern und den LVDT-Wicklungen.
Dies führt letztlich dazu, dass die Bewegung des Kerns als störend empfunden wird und zu Null-Migrationsfehlern führt. Die Temperatur kann auch die elektrischen Eigenschaften des LVDT beeinflussen, indem sie den primären Eingangsstrom des LVDT oder die magnetischen Eigenschaften des Kernmaterials verändert. Dies kann zu einer Änderung des Skalenfaktors oder zu einem Auslösefehler führen.
AC-LVDT
Da AC-LVDT-Sensoren mit einem externen Signalaufbereiter ausgestattet werden können, können AC-LVDT-Wegsensoren bei einer maximalen Temperatur von bis zu 500°C arbeiten.
DC-LVDT
Da Gleichstrom-LVDTs Elektronik im Sensorkörper enthalten, unterliegen Gleichstrom-LVDTs den Temperaturgrenzen der Materialeigenschaften im elektronischen Signalaufbereitungsmodul und werden typischerweise im Temperaturbereich von -20°C bis 80°C eingesetzt.
DC-LVDT-Positionssensoren können bei Temperaturen von bis zu -40°C arbeiten, wenn die Temperatur annähernd konstant ist.
Umgebungstemperatur
Schwankungen der Umgebungstemperatur haben einen vorhersehbaren Einfluss auf den Betrieb von AC- und DC-gespeisten LVDTs. Während ein Signalkonditionierer dazu beitragen kann, Schwankungen des Primärstroms von AC-LVDTs zu kompensieren, ist diese Methode bei DC-LVDTs aus Platzgründen nicht möglich.
Einfluss der Temperatur auf die Materialien
Temperaturschwankungen wirken sich nur geringfügig auf die magnetischen Eigenschaften des LVDT-Kernmaterials aus und haben im normalen Betriebstemperaturbereich eine vernachlässigbare Auswirkung auf den LVDT. Um der Auswirkung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des LVDT-Materials entgegenzuwirken, ist der LVDT mit einer Ausgangsstruktur konstruiert, bei der die Ausgangsspulen symmetrisch von der Mitte zu den Enden hin verteilt sind.
Dank neuer Fertigungstechniken und Materialien können LVDTs auch in rauen Umgebungen eingesetzt werden, z. B. bei extrem hohen und niedrigen Temperaturen.
Abek-Sensoren können so ausgelegt werden, dass LVDTs für den Dauerbetrieb in Umgebungen von bis zu 500°C und bis zu -200°C geeignet sind.
Temperaturbedingte Widerstandsänderungen
Erhöhte Temperaturen der LVDT-Spulen erhöhen den Widerstand des Kupferdrahtes, der üblicherweise in den Primär- und Sekundärspulen verwendet wird. Die unmittelbarste Folge dieses erhöhten Widerstands ist eine Erhöhung der Primärimpedanz.
Stabilität des Primärstroms
Eine Erregungsquelle mit konstantem Strom ist eine naheliegende, aber nicht immer praktikable Lösung für den Temperatureinfluss. Wenn keine Konstantstromquelle zur Verfügung steht, kann eine gewisse Stabilisierung des Primärstroms erreicht werden, indem ein großer externer Widerstand in Reihe mit der Primärseite geschaltet wird.
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