Effekt der Temperatur auf LVDTs
Leistungsverhalten und Auswahl von LVDT-Wegsensoren – welche Rolle spielt die Temperatur?
Seit mehr als fünfzig Jahren sind LVDT-Wegsensoren ein zuverlässiges Instrument für die Rückmeldung linearer Positionen in Labor, Industrie, Militär, Raum- und Luftfahrt. Als inhärent zuverlässiges Gerät messen LVDT-Wegsensoren lineare Wege von tausendstel bis zu mehreren hundert Millimetern mit hoher Genauigkeit und sind in einem großen Temperaturbereich einsetzbar. Die gute Ausgangsstabilität von LVDT-Wegsensoren unterstützt sehr zahlreiche Anwendungen, ist aber nicht immun gegen Temperatureinflüsse. In Anwendungen wie Flugzeugen, Untermeeres- und Turbinenanlagen kann die Temperatur mitunter ein erheblicher Einflussfaktor sein.
Temperaturänderungen und Ausgangssignal
Temperaturänderungen können das Ausgangssignal eines LVDT in zweierlei Weise beeinflussen – einerseits durch mechanische Ausdehnung und andererseits durch Änderungen im elektrischen Verhalten des LVDT. Durch mechanische Ausdehnung kommt es zu einer relativen Bewegung zwischen dem Kern des LVDT und den Wicklungen des LVDT. Im Effekt ergibt sich ein falsches Bewegungssignal für den Kern, somit eine Nullpunktverschiebung. Durch die Temperatur kann sich auch das elektrische Verhalten des LVDT ändern, da er einen anderen Primäreingangsstrom erhält oder sich die magnetischen Eigenschaften des Kerns ändern. Dies zieht wiederum eine Änderung des Empfindlichkeitsfaktors oder eine Bereichsverschiebung nach sich.
LVDT mit AC- oder DC-Ausgangssignal
Ein AC (Wechselstrom)-LVDT hat eine maximale Betriebstemperatur von rund 150 °C (300 °F), da die Elektronik vom Sensor abgesetzt angeordnet werden kann. Bei einem DC (Gleichstrom)-LVDT dagegen ist Elektronik im Gehäuse des Sensors untergebracht, sodass hier die Werkstoffeigenschaften des signalformenden Elektronikmoduls einen beschränkenden Faktor darstellen. DC-LVDTs arbeiten bei Temperaturen bis –40 C (–40° F), vorausgesetzt die Temperatur ist nahezu konstant.
Umgebungstemperatur
Umgebungstemperaturschwankungen haben einen voraussagbaren Effekt auf den Betrieb eines AC- oder DC-LVDT. Während Änderungen des Primärstroms bei einem AC-LVDT möglicherweise bei der Signalaufbereitung ausgeglichen werden können, kann der DC-LVDT dieser Taktik aufgrund von Platzbeschränkungen nicht folgen.
Temperatureffekt auf LVDT-Materialien
Temperaturschwankungen wirken sich nur geringfügig auf die magnetischen Eigenschaften des LVDT-Kerns aus, und ihr Einfluss auf den Betrieb des Transformators im normalen Betriebstemperaturbereich ist vernachlässigbar. Den Wärmeausdehnungskoeffizienten seiner beteiligten Werkstoffe berücksichtigt der LDVT, indem er sich bauartbedingt von der Mitte aus in beide Richtungen ausdehnt. Neue Konstruktionstechniken und Werkstoffe ermöglichen den Einsatz von LVDTs in widrigen Umgebungen, auch solchen mit Temperaturextremen. Kundenspezifisch konstruierte LVDTs können für Dauertemperaturen bis zu 200 °C (400 °F) ausgelegt werden. Die hohen Bemessungstemperaturen werden durch spezielle Konstruktionsmaterialien für lineare Wegsensoren erreicht, unter anderem durch ein Lot mit hohem Schmelzpunkt.
Temperaturbedingte Widerstandsänderung
Durch eine höhere Transformatortemperatur erhöht sich der Widerstand des Kupferdrahts, der üblicherweise die Wicklungen der Primär- und der Sekundärspule bildet. Als direkteste Folge dieser Widerstandserhöhung nimmt die Primärimpedanz zu.
Primärstrom-Stabilisierung
Um Temperatureffekten zu begegnen, stellt eine Quelle, die konstanten Erregerstrom liefert, eine naheliegende, allerdings nicht immer praktikable Lösung dar. Wenn keine Konstantstromquelle verfügbar ist, lässt sich der Primärstrom gegebenenfalls mit mehreren hohen, hintereinander angeordneten externen Widerständen stabilisieren.
