Grundlagen Induktive Messtaster
Induktive Wegsensoren sind Transformatoren mit speziellem Aufbau, die zur Wegaufnahme / Weglängenmessung genutzt werden. Diese sind passive Bauelemente, die in unterschiedlichen Schaltungsprinzipien erhältlich sind. Eine grundsätzliche Gemeinsamkeit ist, dass eine Wechselspannung ein Spulensystem anregt. Ein beweglicher ferromagnetischer Kern beeinflusst die Induktivität in den Spulen. Die Induktivitätsänderung ist proportional zur Bewegung des Kerns und kann ausgewertet werden.
Die EL5072 kann folgende induktive Wegsensoren auswerten:
- Induktive Halbbrücke
- LVDT (Linear Variable Differential Transformer)
- RVDT (Rotary Variable Differential Transformer)
Induktive Halbbrücken-Wegaufnehmer Funktionsprinzip
Induktive Halbbrücken (Differentialdrosseln) stellen elektrisch eine Wheatstonsche Halbbrücke, mit veränderlichen, komplexen Widerständen dar. Diese besteht aus:
- zwei Messspulen
- einem beweglichen ferromagnetischem Kern, der sich im Inneren der Spulen bewegt
Funktionsprinzip:
Es wird eine Wechselspannung an die beiden in Serie geschalteten Spulen gelegt. Der ferromagnetische Kern verändert bei Auslenkung des Messtasters die Induktivität der Spulen. Im symmetrischen Aufbau bzw. in der Nullstellung des Wegaufnehmers ist der Scheinwiderstand der beiden Spulen gleich. Wird der Kern aus seiner Mittelstellung bewegt, so ändert sich der Scheinwiderstand in den beiden Spulen gegensinnig. Hierdurch entsteht ein lineares und absolutes Wegsignal, welches mit Hilfe der EL5072 gemessen werden kann.
LVDT (Linear Variable Differential Transformer) Funktionsprinzip
Induktive LVDT Wegsensoren (engl. Linear Variable Differential Transformer) bestehen im Allgemeinen aus:
- einer Primärspule, die zur Anregung verwendet wird
- zwei Sekundärspulen, die gegenphasig zueinander angeordnet sind.
- einem beweglichen ferromagnetischem Kern, der zur Kopplung der Primär und Sekundärspule dient
Funktionsprinzip:
Die mit einer Wechselspannung gespeiste Primärspule induziert in der Sekundärwicklung eine Sekundärspannung. Im symmetrischen Aufbau sind in der Nullstellung des Wegaufnehmers die Sekundärspannungen betragsmäßig gleich, aber phasenverkehrt. Die resultierende Signalspannung ist gleich Null. Wird nun der Kern ausgelenkt, erhöht sich die induzierte Spannung in der einen Sekundärspule und reduziert sich in der anderen. Hierdurch entsteht ein lineares und absolutes Wegsignal, welches mit Hilfe der EL5072 gemessen werden kann.
Die Auslenkungsrichtung des induktiven Messtasters wird durch die Bewegung des Kerns, und der daraus resultierenden Phasenverschiebung zwischen der Erregerspannung Uexc und der gemessenen Signalspannung Usig, bestimmt. Dabei gilt im Allgemeinen:
- Negative Auslenkungsrichtung des Kerns zur Nullposition:
Erregerspannung Uexc und Signalspannung Usig in Phase - Positive Auslenkungsrichtung des Kerns zur Nullposition:
Erregerspannung Uexc und Signalspannung Usig um 180° Phasenverschoben - Nullposition des Kerns:
Phasensprung zwischen Erregerspannung Uexc und Signalspannung Usig
Neben dem üblichen 4-Leiter-Anschluss sind LVDT-Messtaster auch als 5- oder 6-Leiter-Variante erhältlich. Die 5-Leiter-Variante ermöglicht eine ratiometrische Messung auf der Sekundärseite.
Bei der 6-Leiter-Variante wird die eingespeiste Erregerspannung vom Sensor aus zurückgemessen, dadurch lassen sich Einflüsse auf die Spannungsmessung minimieren, welche durch einen Spannungsabfall entlang der Versorgungsleitungen entstehen können.
RVDT (Rotary Variable Differential Transformer) Funktionsprinzip
Ein RVDT (engl. Rotary Variable Differential Transformer) Rotationsgeber stellt eine Sonderbauform des LVDT-Messprinzips da. Der Hauptunterschied besteht im Wesentlichen darin, dass beim LVDT eine lineare Verschiebung des Kerns stattfindet, während beim RVDT ein nockenförmiger, rotierender Kern zum Messen der Winkelverschiebung verwendet wird.
Für die korrekte Ausgabe des Messwertes sind bei RVDTs besondere Hinweise zu beachten.