Als Spezialist für Weg-, Abstands- und Positionsmesstechnik möchten wir, die eddylab GmbH, Ihnen auf dieser Seite die Technologie der induktiven Sensoren (LVDT) näher bringen und die Möglichkeiten und Vorteile unserer Wegaufnehmer erläutern. Dies soll Ihnen als Kunde helfen, den richtigen Sensor für Ihre Anwendung zu finden und durch das Verständnis der Grundlagen und charakteristischen Eigenschaften dieser Sensorart einen bestmöglichen Betrieb sicherstellen.
Ein LVDT (Linear Variable Differential Transformer) ist ein analoger Sensor zur Wegmessung. Im Inneren arbeitet ein Spulensystem, bestehend aus einer Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen und wandelt die lineare Bewegung in ein elektrisches Signal.
Von der Elektronik, auch Trägerfrequenzmessverstärker genannt, wird die Primärspule mit einer Wechselspannung gespeist. Ein ferromagnetischer Kern, der im Inneren der rohrförmigen Spulen sitzt und üblicherweise mit dem zu messenden Objekt verbunden ist, induziert Spannung in die Sekundärspulen (Usec).
In der Mittelposition ist der Betrag von Sekundärspule 1 und Sekundärspule 2 gleich groß und hebt sich damit auf. Wird der Kern aus der Mitte herausbewegt, steigt die Spannung in der Spule, in dessen Richtung der Kern verschoben wird. In der anderen Spule sinkt die Spannung (s. Abbildung).
Das Verhältnis dieser Spannungen wird von der Elektronik differentiell ausgewertet und üblicherweise in ein normiertes Ausgangssignal (0...10 V, 4...20 mA, etc.) transformiert. Innerhalb des spezifizierten Messbereiches weisen LVDT-Sensoren eine sehr gute Linearität auf. Die Erweiterung des Messbereichs ist oftmals möglich unter Berücksichtigung einer stärkeren Linearitätsabweichung.
Der ferromagnetische Kern besitzt ein Innengewinde, über das eine sogenannte Kernverlängerung aus antimagnetischem Material montiert wird. Dieser Stößel wird in der Regel an dem sich bewegenden Objekt befestigt und läuft berührungslos im Sensor. Alternativ kann ein LVDT auch mit einer Stößellagerung ausgeführt werden.
Die dritte und zugleich beliebteste Bauform ist der Federtastmechanismus. Über eine im Sensor integrierte Präzisionslagerung und Rückstellfeder kann so auf Objekte gemessen werden, an denen es nicht möglich oder gewünscht ist, eine Bohrung zur Stößelmontage anzubringen. Das Außengehäuse aus rostfreiem Edelstahl oder verchromtem Stahl dient zugleich als magnetische Abschirmung gegenüber externen Störeinflüssen. Zusätzlich kann das Spulensystem mit einer speziellen Abschirmfolie umwickelt werden.
Primär- und Sekundärwicklungen werden je nach Anforderung unterschiedlich ausgeführt. Das untere Bild zeigt eine Langspule in Lagenwicklung, mit der sich sehr gute Linearitäten erreichen lassen. Andere Wickeltechniken bieten zum Teil einen einfacheren Aufbau, was fertigungstechnische Vorteile bringt, oder können ein besseres Verhältnis aus Spulenlänge und Messbereich aufweisen. Das Spulensystem kann als elektrische Halb- oder Vollbrücke geschaltet werden. Alle eddylab LVDT Sensoren werden grundsätzlich als Vollbrücke gebaut. Dies bringt große Vorteile bei der Kompensation von Temperaturfehlern (geringer Temperaturkoeffizient) und macht das Messsystem unempfindlich gegenüber äußeren Störeinflüssen (EMV).
Schematischer Aufbau eines LVDT
LVDT´s der eddylab GmbH werden idealerweise mit einer eddylab Auswerteelektronik, oder Trägerfrequenzmessverstärker genannt, betrieben. Dies garantiert beste Performance und stellt für den Kunden die schnellste und einfachste Möglichkeit dar, einen induktiven Sensor zu installieren. Selbstverständlich ist sowohl der Betrieb als AC-Version ohne Messverstärker möglich, als auch der Anschluss an eine Elektronik eines Fremdherstellers.
Die eddylab Produktphilosophie schreibt vor, empfindliche Bauteile aus dem Sensor zu entfernen, um möglichst robuste Sensoren zu erhalten, die Vibration, Schock und extremer Temperatur widerstehen.
Sogenannte DC-LVDT´s mit integrierter Elektronik haben oftmals eine obere Betriebstemperatur von nur +85°C und weisen einen höheren Temperaturkoeffizienten auf (Änderung des Ausgangssignals in Folge von Temperaturänderung ohne Bewegung des Kerns). Unsere LVDT´s hingegen können standardmäßig bis 120°C dauerhaft betrieben werden, optional sind Geräte bis 200°C und 230°C erhältlich.
Der Messverstärker findet geschützt Platz im Schaltschrank oder wird integriert in das Sensoranschlusskabel als Kabelelektronik. Darüber hinaus bietet eine externe Elektronik weitere entscheidende Vorteile:
Im Sensorgehäuse integrierte Messverstärker sind einfacher aufgebaut. Sie bieten den Vorteil der „All-in-one“-Lösung und geben direkt ein analoges Signal aus. Es wird kein zusätzlicher Platz für eine Elektronik benötigt und bei großen Stückzahlen bieten sich Kostenvorteile.
LVDT´s sind durch ihre vielfältigen Bauformen fast universell einsetzbar. Unter Laborbedingungen werden sie gerne zur Qualitätsüberwachung eingesetzt, in Maschinen zur kontinuierlichen Überwachung der Fertigung.
Ihr volles Potential schöpfen sie jedoch bei anspruchsvollen Anwendungen aus. Typisch sind hier Applikationen, bei denen es auf hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit ankommt (Militär, Luftfahrt, Turbinen, Kraftwerke, Fabrikautomation, etc.).
Die Robustheit in Bezug auf Störempfindlichkeit, extreme Betriebstemperaturen, schnelle Temperaturwechsel und Vibrationen qualifizieren sie für anspruchsvolle Anwendungen in allen industriellen Bereichen. Hohe IP-Schutzklassen und hochwertige Gehäusematerialien wie Edelstahl und Titan machen Applikationen unter Wasser möglich. Unbeschadet überstehen diese Wegaufnehmer auch den Kontakt mit aggressiven Chemikalien, beispielsweise zur Reinigung oder Desinfektion in Maschinen zur Lebensmittelproduktion bzw. Verpackungsanlagen. Die druckdicht konstruierten Versionen werden zur Steuerung und Regelung in Hydraulikzylindern, Servoventilen und Pneumatikzylindern eingebaut.
Weitere Applikationsbeispiele für induktive Sensoren von eddylab GmbH finden Sie hier
Technische Spezifikationen von induktiven Sensoren lassen sich in weiten Grenzen verschieben durch Anpassung der Konstruktion, die sorgfältige Auswahl der verwendeten Materialien und eingesetzten Fertigungstechnologien. Unabhängig davon ändern sich die grundlegenden herausragenden Eigenschaften des LVDT Messprinzips jedoch nicht:
Die eddylab GmbH bietet LVDT Sensoren mit Messbereichen von ±1 mm (2 mm) bis zu ±300 mm (600 mm) an. Das Standardprogramm teilt sich in vier verschiedene Baureihen auf und stellt sicher, für fast jede Anwendung ein passendes Messsystem anbieten zu können:
Die Standardserie SM mit Edelstahlgehäuse und einem Gehäusedurchmesser von 12 mm kann als Variante mit freiem Stößel, gelagertem Stößel oder Federtaster ausgeführt werden. Offene Bauformen mit durchgehender Sensorbohrung eignen sich für extreme Verschmutzungen. Alle Geräte können mit festem Kabelausgang oder M12 Steckverbinder in radialer oder axialer Richtung ausgestattet werden. Der Federtastmechanismus bietet zusätzlich einen Spanndurchmesser von 8 mm und kann durch den Einsatz eines Faltenbalges vor Feuchtigkeit und Schmutz geschützt werden. Alternativ steht eine Variante mit kombiniertem Abstreif- und Dichtring zur Verfügung. Beispiele der SM-Serie:
Die SLX-Serie leitet sich von der SL-Serie ab und wurde speziell für den Einsatz in Applikationen der Pharma-, Medizin- und Lebensmittelindustrie optimiert. Zur Reduzierung von Maschinenstillstandszeiten sind heutzutage CIP und SIP („cleaning in place“, „sterilisation in place“) Reinigungs- und Sterilisationsvorgänge Stand der Technik. Hierzu wird der Maschineninnenraum thermisch und/oder chemisch mit hoher Temperatur, Druck und aggressiven Medien gereinigt. Für den Einsatz in diesem Bereich sind die Geräte der SLX Serie perfekt gerüstet und garantieren dank äußerst robuster Konstruktion, einem komplett abgedichteten Edelstahlgehäuse sowie hoher Medien- und Temperaturbeständigkeit höchste Zuverlässigkeit und Lebensdauer.
Der Trägerfrequenz-Messverstärker DEEneo wurde von eddylab speziell für den Betrieb von induktiven Sensoren nach dem LVDT-Prinzip (Vollbrücke) entwickelt. Die Elektronik übernimmt die Sensorversorgung und wandelt das Sensorsignal mit Hilfe eines Mikrocontrollers in ein normiertes, analoges Ausgangsignal.
DEEneo unterstützt den Betrieb aller handelsüblichen LVDT-Sensoren.
Der DEEneo-ISC Inline Signal Converter LVDT ist ein ins Sensorkabel integrierter Messverstärker und ist konzipiert für den Betrieb von LVDT Wegaufnehmern mit festem Kabelausgang oder 4-poligem M12-Steckerausgang.
Der LVDT Digitalcontroller von eddylab, an den wahlweise ein oder zwei Sensoren angeschlossen werden können, verbessert die Linearität von induktiven Wegaufnehmern jetzt erheblich. Der digitale Controller konditioniert, digitalisiert und linearisiert das Sensorsignal und gibt es als Spannungs- oder Stromsignal sowie über CAN-Bus oder USB-Schnittstelle aus. Die Messwerte des LVDT Digitalcontrollers können mithilfe der speziell von eddylab entwickelten Analysesoftware eddyMOTION visualisiert und konfiguriert werden.
Bei allen eddylab Sensoren können Sie sich auf Präzision bis in den Submikrometerbereich verlassen.
Bei der Entwicklung der induktiven Wegaufnehmer wurde großer Wert auf folgende Eigenschaften gelegt:
Abb: Beispiel Einbau Hydraulikzylinder
Die Elektronik DEEneo verfügt über eine integrierte Kabelbrucherkennung, die auf einer Impedanzmessung der Primärspule des LVDT‘s basiert. Wird das Sensorkabel durchtrennt, ändert sich die Impedanz an der Elektronik unabhängig von der Kernstellung und die Kabelbrucherkennung wird ausgelöst. Voraussetzung ist hierzu die Durchtrennung der Anschlüsse der Primärspule des Sensors. Ein Teilbruch lediglich der Anschlüsse zu den Sekundärspulen aktiviert diese Funktion nicht. Zur Nutzung der Kabelbrucherkennung wird bei DEEneo ein alarmgebendes Gerät (Signalleuchte, akustischer Warngeber) an Klemme 13 (Alarm S2) angeschlossen oder die Klemmen mit einem Alarmeingang einer Steuerung (SPS) verbunden.
Normalbetrieb
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Kabelbruch
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Die eddylab GmbH bietet umfangreiches Zubehör für seine induktiven Sensoren (LVDT) an, das speziell auf die einzelnen Serien abgestimmt ist. Neben universellem Sensor-Zubehör wie Anschlusskabeln, Verlängerungsleitungen und Steckverbindern, umfasst das LVDT-Zubehör insbesondere Tastköpfe, Faltenbälge und diverses Montagezubehör.
Tastköpfe:
Für LVDT-Sensoren mit Federtastmechanismus bietet eddylab auswechselbare Tastköpfe mit M2,5-Gewinde an. Diese ermöglichen durch unterschiedliche Geometrien Messungen in engen Bohrungen oder verteilen die Federkraft auf größere Flächen. Die Tastköpfe sind in verschiedenen Materialien erhältlich:
Stahl: Standardvariante, geeignet für die meisten Anwendungen.
Hartmetall: Mit Hartmetall bestückte oder mit einer Hartmetallkugel versehene Messspitzen, die deutlich weniger Verschleiß aufweisen.
Rubin: Deutlich härter und verschleißfester als Stahl, elektrisch nicht leitend, geeignet für alle Anwendungen außer beim Tasten auf Aluminium und Gusseisen.
Keramik: Vergleichbare Eigenschaften wie Rubin, jedoch ideal für Anwendungen auf Aluminium und Gusseisen.
Faltenbalg:
Der Faltenbalg schützt die Sensormechanik vor Staub und Verschmutzung und wird bei Wegaufnehmern mit Federtastmechanismus der Serie SM eingesetzt. Ein Set umfasst neben dem Faltenbalg alle notwendigen Befestigungsringe für eine sichere Montage und kann sowohl zur Nachrüstung als auch als Ersatzteil verwendet werden.
Montagezubehör:
Für eine einfache und komfortable Installation der Sensoren bietet eddylab verschiedene Klemmmechanismen an:
Fußklemmstücke: Ermöglichen eine Montage des Sensors im 90°-Winkel zur Befestigungsebene.
Flanschklemmstücke: Ermöglichen eine parallele Installation des Sensors zur Befestigungsebene.
Diese Klemmstücke sind in verschiedenen Varianten und Materialien erhältlich, angepasst an die Durchmesser der induktiven Sensoren, und ermöglichen eine beschädigungsfreie Montage sowie einfache Demontage oder axiale Justierung des Sensors.
