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LVDT-Positionssensoren
Induktive Wegaufnehmer mit Taster, Rückstellfeder, Gelenkköpfen oder losem Kern
Ratgeber LVDT-Wegsensoren
Inhalt
Grundlegende Fragen zu Wegsensoren? Hier finden Sie die Antworten
Induktives lineares Messprinzip
Die Erfassung der Messwerte erfolgt berührungslos. Unser Portfolio umfasst ausschließlich LVDT-Wegaufnehmer. Der Vollständigkeit halber werden zwei Arten von induktiven Wegaufnehmern unterschieden
Halbbrücken-Schaltung
(Differentialdrosselprinzip)
LVDT-Schaltung
(Linearer Variabler Differential Transformator)
Ein LVDT-Wegsensor besteht aus einem korrosionsgeschützten, magnetisch abgeschirmten Hohlkörper, einer Primärspule (Primärwicklung), zwei hintereinander geschalteten Sekundärspulen (Sekundärwicklungen) und einer Schubstange mit einem Weicheisenkern am Ende (hochpermeable Eisen-Nickel-Legierung). Die Schubstange ist im Hohlkörper über die Spulen berührungslos axial verschiebbar und nutzt das induktive Messprinzip als "Linear Variable Differential Transformer": LVDT.
Die Primärwicklung wird i.d.R. mit einer Wechselspannung (Erregerspannung oder Primärspannung) mit einer konstanten Frequenz im Bereich von 1…10kHz gespeist. Diese Wechselspannung wird in den Sekundärspulen - je nach Position des Weicheisenkerns - in die beiden Sekundärwicklungen induziert, wobei die Sekundärspulen gegenphasig in Reihe geschaltet sind.
LVDT hat gegenüber der Halbbrückenschaltung den Vorteil, dass die LVDT-Spulen so gewickelt sind, dass mechanische Längenänderungen der Spulen durch Temperaturänderungen weitestgehend kompensiert werden.
Befindet sich der Weicheisenkern genau in der Mitte zwischen den Sekundärspulen, heben sich die Magnetfelder in den Sekundärspulen auf und die Ausgangsspannung beträgt 0 V. Wird der Weicheisenkern axial verschoben, so ändert sich die induzierte Spannung richtungsabhängig. In der einen Sekundärspule steigt die Spannung stetig an, während sie in der anderen Sekundärspule stetig abfällt.
Zustand 1: Weicheisenkern nach rechts verschieben, so dass eine ungleiche Kupplung entsteht und die Spannung ansteigt. (1)
Zustand 2: Befindet sich der Weicheisenkern in der Mitte der beiden Sekundärspulen, beträgt die Ausgangsspannung 0 V (2), da sich die Magnetfelder in den beiden Sekundärspulen gegenseitig aufheben.
Zustand 3: Bewegen Sie den Weicheisenkern nach links, so dass eine ungleiche Kupplung entsteht und die Spannung ebenfalls ansteigt. (3)
Das Ausgangssignal ergibt sich entsprechend der Schaltung als Differenz dieser beiden Spannungen. Das bedeutet, dass das Ausgangssignal bei Bewegung des Kerns je nach Richtung bis zur Mittelstellung abfällt/ ansteigt und bei weiterer Bewegung mit 180° Phasendrehung wieder ansteigt/abfällt.
Vorteile von LVDT Sensoren
- Kleine Messwege sehr gut umsetzbar
- Verschleiß- und wartungsfrei
- Absolutes Messprinzip – kein Offset
- Sehr gut geeignet bei oszillierenden Bewegungen
- Für sehr hohe Temperaturen geeignet
- Weitgehend unempfindlich gegen Temperaturänderungen durch LVDT-Technik
- Druckdichte Ausführungen für hohen atmosphärischen Druck
- Für hohe Verstellgeschwindigkeiten geeignet
- EMV-beständig bei geeigneter Werkstoffauswahl
Signal, Verstärker, Protokoll
Ein LVDT ist ein Differentialtransformator, der mit Wechselspannung (AC) gespeist wird und ebenfalls eine Wechselspannung (AC) als Ausgangssignal erzeugt.
Um ein vielseitig verwendbares Ausgangssignal zu erhalten, werden induktive Wegaufnehmer mit einer entsprechenden Auswerteelektronik wie z.B. IMA2LVDT oder mit integrierter Messverstärkerelektronik angeboten. Letztere besteht aus einem Oszillator zur Erzeugung der Erregerspannung, einem Demodulator und einem Differenzbildner sowie einem Ausgangsverstärker mit Filter. Durch die verschiedenen realisierbaren Ausgangsspannungsbereiche können die Wegaufnehmer problemlos an die unterschiedlichsten Mess-, Steuer- und Regeleinrichtungen angepasst werden.
Das Verhältnis der Spannungen wird von der Elektronik differenziell ausgewertet und in der Regel in ein normiertes Ausgangssignal (0...10 V, 4...20 mA usw.) umgewandelt. Innerhalb des spezifizierten Messbereichs weisen LVDT-Sensoren eine sehr gute Linearität auf.
Versorgungsspannung - Ausgangsspannung: Für induktive Systeme mit externem Verstärker ist eine Eingangsspannung von 10 VRMS zwischen 500 Hz und 5 kHz erforderlich. DC-DC-Typen sind in der Regel auf ±15 V oder 24 V DC festgelegt.
Ist jedoch z.B. bei einem potentiometrischen Wegaufnehmer eine Gleichspannungsversorgung und eine Weiterverarbeitungselektronik für Gleichspannungsmesssignale vorhanden, so kann ein induktiver Wegaufnehmer mit einer Gleichspannungselektronik ausgerüstet werden, die im Aufnehmer die Wechselspannung erzeugt (Oszillator) und das Messsignal wieder in eine Gleichspannung umwandelt (Demodulator), wie in Skizze 2 schematisch dargestellt. Der Wegaufnehmer DG wird dann einfach mit ±15 V oder 24 V Gleichspannung versorgt und liefert am Ausgang 0..5 V / ±5 V / 0..10 V / ±10 V / 0..20 mA / 4..20 mA als Messwert.
Das erstellte Messzertifikat mit allen wichtigen Daten über Linearitätstoleranz, Empfindlichkeit usw. wird mitgeliefert.
Induktive Linearsensoren sind robuste, absolut messende Systeme mit einer Auflösung von bis zu 20 µm. Sie eignen sich für Anwendungen mit kleinen Hüben und vor allem dort, wo oszillierende Bewegungen mit hoher Dynamik oder hohe Beschleunigungen erfasst werden müssen. Auch Anwendungen, die eine druckdichte Ausführung bis 30 bar erfordern, können realisiert werden.
Unsere LVDT-Linearsensoren erfassen mechanische Messwege von 1,3 mm bis 940 mm. Zudem ist die Lebensdauer der Sensoren unbegrenzt, da die Messwerterfassung berührungslos erfolgt. Für eine Vielzahl von Anwendungen stehen Varianten als Taster mit Rückstellfeder, mit losem Kern oder mit Gelenkköpfen zum Ausgleich von seitlichem Versatz zur Verfügung.
Und trotz des Variantenreichtums erfordern einige anspruchsvolle Anwendungen eine Sensoranpassung. Für diese Anpassung ist MEGATRON Ihr Partner. Für die Umsetzung spezieller Messaufgaben stehen Ihnen unsere langjährige Erfahrung und unser breites Applikations-Know-how für ein optimales Design-In zur Verfügung; und das bereits ab relativ kleinen Stückzahlen.