Die Spezifikation eines linearen LVDT-Wegsensors

Sensoren sind für bestimmte Messbereiche ausgelegt. Lineare LVDT-Wegsensoren eignen sich am besten für einen Messbereich von ca. ±0,25 mm bis ±25 cm. Sicher gibt es einige Spezialfälle außerhalb dieses Bereichs, aber die meisten Messungen bewegen sich in diesem Bereich.

Eine allgemeine Kenntnis der Anwendung vereinfacht das Eingrenzen der Auswahl bei der Suche nach dem geeigneten mechanischen LVDT-Schnittstellentyp. So ist beispielsweise bei qualitativ hochwertigen Messprüfungen an den Montagebändern eines automatisierten Systems oder nicht vollständig linearen Bewegungen mit leichter seitlicher Verschiebung ein federbelasteter LVDT eine gute Entscheidung. Diese Sensoren eignen sich für den Montagebetrieb, Maschinenwerkzeuge und die Fertigungsstraßenprüfung ebenso wie für die Qualitätskontrolle und Testlabore.

Für lineare Ventilwegmessungen eignet sich möglicherweise ein LVDT mit separatem Kern (siehe Abbildung 1) am besten. LVDTs mit freiem Kern in verschiedenen Größen und für unterschiedliche Bereiche bieten einen reibungslosen Betrieb und sind in der Regel kostengünstiger als (federbelastete) Einheiten mit geführtem Kern.

Mitunter ist in den Vorrichtungen der Kunden nur begrenzter Raum für einen LVDT vorhanden. Wenn der Platz begrenzt ist, können kleinere LVDTs wie das 9,5-mm-Miniaturmodell von TE Connectivity auch auf engem Raum untergebracht werden. 

Bei Anwendungen mit viel Staub, Schmutz, Feuchtigkeit oder Strahlwasser oder bei im Freien angebrachten Sensoren wird ein hermetisch abgedichteter LVDT empfohlen, damit nichts von außen in die Wicklungen eindringen und damit die Lebensdauer oder Zuverlässigkeit der Sensoren beeinträchtigen kann. In einer weniger anspruchsvollen oder Laborumgebung ist ein nicht hermetisch abgedichteter Standarddruckwandler mit geringeren Anschaffungskosten ausreichend.

Für Anwendungen in Zylindern mit Hydraulikflüssigkeit eignet sich gut ein „belüfteter“ LVDT. Belüftete Versionen der linearen LVDT-Wegsensoren verkraften eine Kombination aus Hochdruck, Temperatur, Stößen und Vibrationen, da die Spulenbaugruppe des Sensors belüftet ist, um den Druck inner- und außerhalb des linearen LVDT Wegsensors auszugleichen.

Spezialkonfigurationen für LVDTs bieten zudem eine gewisse Strahlenbeständigkeit und ermöglichen den Betrieb unter Wasser oder unter Hochdruck- bzw. atmosphärischen Bedingungen. So können beispielsweise einige Edelstahlsorten nicht für LVDTs eingesetzt werden, wenn die Sensoren direktem Kontakt mit Meerwasser ausgesetzt sind. Für einen einwandfreien Betrieb in Unterwasserumgebungen sollte das LVDT-Gehäuse aus Speziallegierungen bestehen, die auch in Meerwasser chemische Beständigkeit gewährleisten. Diese Superlegierungen erhöhen die ohnehin schon hohe Zuverlässigkeit der LVDT-Baugruppe und sorgen so dafür, dass sie die Anforderungen an eine längere Lebensdauer selbst dann erfüllt, wenn das Gerät in Tiefen von bis zu 4,5 km bei einem Außendruck von ca. 7.500 psi vollständig Meerwasser ausgesetzt ist.

Alloy 400 ist eine nickelbasierte Speziallegierung, die eine hervorragende Beständigkeit gegen Rostfraß und Angriffe durch Mikroorganismen bietet. Dadurch können die Sensoren in Seicht- und Warmwasser mit hohem Sauerstoffgehalt eingesetzt werden, ohne dass sich Meereslebewesen darauf ansiedeln können. Bei Unterwasseranwendungen in Tiefen von 2,2 km und einem Außendruck von mehr als 3.500 psi bieten Inconel, Titan und Hastelloy aufgrund des höheren Gehalts an Nickel, Chrom und Molybdän einen hervorragenden Korrosionsschutz.

Bei einer Auslegung mit Inconel 625 oder 718 für Druck- und Korrosionsbeständigkeit kann eine LVDT-Baugruppe selbst dann über viele Jahre zuverlässige Dienste bieten, wenn das Gerät vollständig Meerwasser ausgesetzt ist. Zwar kosten diese Legierungen mehr als Edelstahl, sie bieten aber Schutz vor lokaler Korrosion und Oxidierung sowie schädlichen Elementen. Bei LVDTs, für die vergleichbare Technologien nicht geeignet sind, können exotische Legierungen wie Kobalt, Nickel und Chrom mit Mineralisolierung die Leistung sogar noch weiter steigern.

Ein DC-betriebener LVDT kann bei Temperaturen von bis zu 85 °C eingesetzt werden. Während mit einem DC-betriebenen LVDT das Volumen, das Gewicht und die Kosten einer herkömmlichen externen AC-Anregungs-, Demodulations- und Verstärkungsausrüstung vermieden werden, sind DC-betriebene Einheiten aufgrund der Materialeigenschaften des elektronischen Signalkonditionierungsmoduls im Sensorinneren (siehe Eigenschaft 2) eingeschränkt.

AC-betriebene LVDTs hingegen können Temperaturen von bis zu 200 °C und mehr aushalten, da die Signalkonditionierungselektronik außerhalb der Einheit in einem umgebungsgeregelten Bereich betrieben wird. Die Ausgabe kann auf einem geeigneten Ablesegerät angezeigt und/oder in ein computerbasiertes Datenerfassungssystem für die statistische Prozesssteuerung eingespeist werden.

Bei der Auswahl eines linearen Wegdruckwandlers für gefährliche Betriebsumgebungen müssen die Sensorbenutzer die vorgesehene Umgebung sowie den Standort der Anwendung genau kennen, da die behördlichen und Sicherheitsbestimmungen je nach Land unterschiedlich sind.

Sensoren, die in den USA für den UL-Grad zertifiziert sind, besitzen nicht notwendigerweise auch im Ausland die entsprechende Zulassung. Dies gilt insbesondere für Gefahrenbereiche, wie sie in Öl- und Gasanlagen, Kernkraftwerken und Unterwasseranwendungen sowie im Bergbau bestehen. In vielen Ländern müssen Sensoren aus Sicherheitsgründen und zur Vermeidung von Unfällen und Katastrophen bestimmte nationale Anforderungen erfüllen.

So müssen beispielsweise Sensoren für potenziell explosive Atmosphären auf dem europäischen Markt anhand der ATEX-Standards zertifiziert sein. Selbst wenn ein Sensor für den Betrieb unter gefährlichen Bedingungen ausgelegt ist, müssen die Einheiten anhand der aktuellen ATEX-Standards getestet und bewertet werden.