Temperatursensor
Der Temperatursensor misst Hitze und Kälte und wandelt die Messung in ein (elektrisches) Signal um. Mithilfe dieser Information wird dann eine Aktion ausgelöst. Einfaches Beispiel: Wenn der Temperatursensor im Wasserkocher misst, dass die eingestellte Temperatur erreicht ist, schaltet sich der Wasserkocher ab. Temperatursensoren haben also eine essentielle Aufgabe beim Überwachen und Regeln der Temperatur.
Einsatz von Temperatursensoren
Temperatursensoren werden in zahlreichen Lebensbereichen und Branchen eingesetzt. Sie befinden sich in viel mehr Geräten als man denkt. Sie werden im Haushalt genutzt, aber auch in Krankenhäusern, Schulen sowie in der Industrie bei Produktionsprozessen.
Ein paar Beispiele, wann und wo Temperatursensoren zum Einsatz kommen:
- in Haushaltsgeräten wie Bügeleisen, Kühlschrank, Toaster, Wasserkocher, Herd
- in elektronischen Geräten wie Smartphone oder Computer
- im industriellen Kontext beim Schweißen oder Löten
- bei der Steuerung von Schaltkreisen
- Medizintechnik: Dialysegeräte, Blutanalysegeräten, Ohrthermometer
- Automobilindustrie: Einsatz in Elektroautos, um die Akkutemperatur zu überwachen
Arten von Temperatursensoren
Grundsätzlich lassen sich zwei Typen von Temperatursensoren unterscheiden: Temperatursensoren mit direkt verarbeitbarem elektrischen Signal und diejenigen mit Widerstandsänderung. Bauteile, die ihren Widerstand verändern, sind zum Beispiel Heißleiter (NTC) und Kaltleiter (PTC). NTC reduzieren ihren Widerstand bei Temperaturerhöhung; Kaltleiter hingegen erhöhen ihn. Gegliedert nach Material gibt es z. B. Silizium & Platin-Messwiderstände sowie Keramik-Kaltleiter.
Ein Überblick
- NTC-Thermistoren reagieren sehr genau auf Temperaturänderungen und arbeiten auch bei sehr geringen Temperaturen bis zu -150 °C
- Thermoelemente funktionieren bei extremen Bedingungen und halten bei bestimmten Ausführungen über 1500 °C aus. Sie bestehen aus zwei Drähten aus jeweils verschiedenen Metallen
- Widerstandsthermometer sind Drahtelemente, die aus purem Metall bestehen
- Digitale Temperatursensoren wandeln Messwerte in ein digitales Signal um, sodass die Daten von Computern und Messgeräten direkt ausgelesen werden können. Diese Sensoren kommen in IoT-Anwendungen wie Smart Home Systemen vor
- RTD-Sensoren bestehen in der Regel aus Platin und erfassen einen breiten Temperaturbereich. Sie messen häufig Abgastemperaturen in Fahrzeugen.
- Thermosäulen sind kontaktlos/berührungsfrei und kommen in vielen Bereichen zum Einsatz. In der Industrie überwachen sie Prozesse und erkennen Bewegungen; im Haushaltsbereich finden sie z. B. in Mikrowellen oder Feuermeldern Anwendung.
- Halbleiter-Temperatursensoren
Verfahrensarten
- Ausdehnungsthermometer
- Widerstandstemperatursensoren
- Thermospannungsmesser
- Infrarotstrahlungsmesser
Vor- und Nachteile
Vorteile
- Präzise Teemperaturmessungen
- Messen von schlecht zugänglichen Messstellen und bewegten Teile möglich
- Einsatz bei Temperaturen bis zu über 1500 °C
- häufig kostengünstig
- robust
- sehr schnelle und genaue Reaktionen
Nachteile
- komplexe Funktionsweise
- komplizierte Integration
Infrarotsensoren
Infrarotsensoren sind lichtempfindliche optoelektronische Bauelemente. Sie dienen zur Messung und Erfassung von Strahlung, deren Wellenlänge unter der Wellenlänge des Rotlichts liegt. Die Wellenlänge von Infrarotstrahlung liegt im Bereich 0,7 bis 1000 Mikrometern. Der Bereich, der für Temperaturmessungen relevant ist, konzentriert sich aber auf die Wellenlänge von 0,7 bis 14 Mikrometern. Mit IR-Sensoren können Bewegungen erfasst werden und Daten kabellos übertragen werden.
Infrarotsensoren werden in der Sicherheitsbranche angewandt und kommen in vielen Sicherheitssystemen zum Einsatz.
- Bestandteile eines IR-Sensors
- Infrarotquelle
- Übertragungsmedium
- optische Linse
- Material
- Signalverarbeitung
Funktionsweise
Der Sensor bzw. die Sensoren empfangen Infrarotstrahlung über eine Öffnung an der Vorderseite des Geräts. Die Sensoren bestehen aus pyroelektrischen Materialien, da diese auf fehlende oder veränderte Wärmequellen reagieren. Sobald diese pyroelektrische Oberfläche eine wärmequelle erkennt wird ein signal über eine Verbindung auf der Schaltplatte an den Bewegungsmelder übertragen. Dieser aktiviert dann den Alarm.
Anwendungsgebiete
- Thermometer
- Wärmebildkameras
- Fernbedienungen
- Bewegungsmelder