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Der Einfluss der Temperatur auf LVDTs
Erfahren Sie, wie sich Temperaturschwankungen auf die Leistung und Auswahl von LVDT-Positionssensoren auswirken können.
LVDT-Sensoren haben sich als zuverlässige Lösung für die lineare Positionsrückmeldung in zahlreichen Anwendungen in Labor, Industrie, Militär sowie Luft- und Raumfahrt bewährt. LVDT-Positionssensoren liefern zuverlässige und hochpräzise lineare Wegmessungen – vom Mikrometerbereich bis zu rund 600 mm – und arbeiten dabei in einem breiten Temperaturbereich. 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.
Ausgangssignale: AC-gespeiste und DC-gespeiste LVDTs im Vergleich
Die maximale Betriebstemperatur von AC-gespeisten LVDT-Positionssensoren liegt bei ca. 150 °C da die Elektronik entfernt vom Sensor angeordnet werden kann. Ein DC-gespeister LVDT, bei dem sich die Elektronik im Sensorgehäuse befindet, ist durch die Materialeigenschaften des elektronischen Signalaufbereitungsmoduls begrenzt. DC-LVDTs können bei Temperaturen bis –40 °C (–betrieben werden, sofern die Temperatur nahezu konstant bleibt.
Materialtypen
Der Einfluss von Temperaturschwankungen auf die magnetischen Eigenschaften des LVDT-Kernmaterials ist gering und wirkt sich im üblichen Betriebstemperaturbereich nur unwesentlich auf die Transformatorfunktion aus. Um die Auswirkungen des Wärmeausdehnungskoeffizienten der LVDT-Materialien auszugleichen, sind LVDTs so konstruiert, dass sie sich symmetrisch von der Mitte zu beiden Enden hin ausdehnen. Neue Konstruktionsverfahren und Materialien ermöglichen zudem den Einsatz von LVDTs in rauen Umgebungen, einschließlich solcher mit extrem hohen und niedrigen Temperaturen.
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.
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.
Mechanische Ausdehnung und elektrische Eigenschaften
Temperaturänderungen können das Ausgangssignal eines LVDT in zweierlei Weise beeinflussen – einerseits durch mechanische Ausdehnung und andererseits durch Änderungen im elektrischen Verhalten des LVDT. Mechanische Ausdehnung führt zu einer Relativbewegung zwischen dem LVDT-Kern und den LVDT-Wicklungen. Im Ergebnis entsteht ein falsches Kernbewegungssignal, das einen Nullpunktverschiebungsfehler verursacht.
Die Temperatur kann sich zudem auf die elektrischen Eigenschaften des LVDT auswirken, indem sie den Primärstrom oder die magnetischen Eigenschaften der Kernmaterialien verändert. Dies zieht wiederum eine Änderung des Empfindlichkeitsfaktors oder eine Bereichsverschiebung nach sich.
Primärstrom-Stabilisierung
Eine Konstantstrom-Erregerquelle ist eine naheliegende, aber nicht immer praktikable Lösung für Temperatureffekte. Wenn keine Konstantstromquelle verfügbar ist, lässt sich der Primärstrom gegebenenfalls mit mehreren hohen, hintereinander angeordneten externen Widerständen stabilisieren.
Temperaturbedingter Widerstand
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.
