Temperatursensoren – Informationen und Einsatzmöglichkeiten

Hören Sie den Begriff »Temperatursensor«, wird eine von zwei Reaktionen wahrscheinlich sein. Entweder, Sie wissen genau, nach was Sie suchen, oder aber, Sie fühlen sich wie der Ochs vorm Berg. Letztendlich ist das Thema rund um Temperatursensoren bzw. Temperaturfühler jedoch nicht weit hergeholt und umgibt Sie täglich. Haben Sie einen Computer? Ein Auto? Sehen Sie sich Ihre Heizung an, auch hier sind Sensoren verbaut. Wir klären Sie an dieser Stelle darüber auf, was es mit den Temperatursensoren auf sich hat.

Wozu dienen Temperatursensoren/Temperaturfühler?

Die Begrifflichkeit verrät den Nutzen bereits. Ein Temperatursensor/Temperaturfühler dient zum Messen einer genau definierten Temperatur, die sich auf verschiedene Medien beziehen kann:

  • Oberflächentemperatur
  • Lufttemperatur
  • Wassertemperatur
  • Flüssigkeitentemperatur

Hierzu arbeitet der Temperatursensor nicht wie ein einfaches Thermometer, sondern wandelt die Temperatur in elektrische Spannung oder einen elektrischen Widerstand um, der wiederum die Elektronik oder eine gewünschte Funktion anstößt.

Nehmen Sie beispielsweise das Thermostat Ihrer Heizung. Es misst die Umgebungstemperatur, gibt sie in Spannung aus und sendet ein Signal an die Heizung, dass sie sich anstellen oder abstellen muss. Im Auto regeln Temperatursensoren die Kühlung des Motors, in Ihrem Computer dient der Temperaturfühler der Festplattenkühlung und verhindert, dass die Festplatte überhitzt.

Welche Temperatursensor/Temperaturfühler Arten gibt es?

Sie können zwischen zwei Varianten entscheiden: Kalt- und Heißleitern. Die Kaltleiter, wie der PT100 und PT1000, arbeiten mit einem sich verändernden Widerstand, und erlauben vielseitige Einsatzmöglichkeiten. Hergestellt wird der Temperatursensor bzw. Temperaturfühler aus Platindraht. Verändert sich die zu messende Temperatur, verändert sich der elektrische Widerstand des Sensors und gibt diesen Impuls an die mit ihm verbundene Elektronik weiter.

In der Form des Temperatursensors PT100 gilt die Maßgabe, dass der Sensor bei genau 0 Grad Celsius einen Widerstand von 100 Ohm besitzt. Bei Kaltleitern steigert sich der Widerstand, desto höher die Temperatur steigt. Um die Art der Steigung festzulegen, wurde die DIN EN 60751 ins Leben gerufen. Die Norm legt den Widerstand genau fest. Beim PT100 bestimmt die Norm, dass der Widerstand bei null Grad Celsius 100 Ohm betragen muss, der leistungsstärkere Temperatursensor PT1000 hingegen muss bei einer Umgebungstemperatur von null Grad Celsius 1000 Ohm nachweisen.

Die Heißleiter hingegen arbeiten nach dem umgekehrten Prinzip. Steigt der Widerstand bei PT-Sensoren mit der Temperaturhöhe, so sinkt der Widerstand bei Heißleitern ab, desto wärmer die Temperatur wird.

Bauteile, die ihren Widerstand (Ohm) ändern:

  • NTC (Heißleiter) verringern ihren Widerstand bei Temperaturerhöhung
  • PTC (Kaltleiter) erhöhen ihren Widerstand bei Temperaturerhöhung.
    • Platin-Messwiderstände haben einen nahezu temperaturlinearen Widerstandsverlauf.
    • Silizium-Messwiderstände werden im Temperaturbereich von −50 °C bis +150 °C eingesetzt.
    • Keramik-Kaltleiter weisen bei einer materialspezifischen Temperatur einen starken Widerstandsanstieg auf. Sie können auch als selbstregelndes Heizelement oder als Thermosicherung verwendet werden.

Bauteile, die elektrisches Signal liefern:

  • Integrierte Halbleiter-Temperatursensoren
    • Sensoren die zu ihrer Temperatur einen proportionalen Strom (Beispiel: AD592, proportional zur absoluten Temperatur 1 µA/K)
    • Sensoren die zu ihrer Temperatur eine proportionale Spannung (Beispiel: LM335, 10 mV/K)
    • Sensoren ein Temperatur abhängiges digitales Signal übergeben (Beispiele: AD7314, DS18B20)
    • Transistoren: Die Basis-Emitter-Spannung eines als Diode geschalteten Transistors sinkt mit steigender Temperatur (stromabhängig; Richtwert bei 1 mA 2,3 mV/°C).

Was sind analoge und digitale Temperatursensoren/Temperaturfühler?

Viele der PT-Temperatursensoren stellen nur den Sensor an sich dar. Diese als analog bezeichneten Sensoren müssen mit einem AD-Wandler kombiniert werden, der schließlich das vom Sensor gesendete Signal umwandelt und den gewünschten Effekt anstößt. Digitale Temperatursensoren hingegen kombinieren bereits den AD-Wandler mit der Sensortechnik und können die Funktion eigenständig erfüllen. Die digitalen Sensoren erkennen Sie zumeist an dem Zusatz »DS« vor der eigentlichen Sensorbezeichnung. Ein gutes Beispiel ist der DS18B20.

Der Temperatursensor DS18B20 ist das direkte Nachfolgemodell der Baureihe DS18S20 und stellt einen direktumwandelnden Sensor dar. Er misst die Temperatur und überführt sie wahlweise über die Änderung des Spannungswiderstands oder über einen elektrischen Impuls in ein digital verständliches Signal. Die DS1820-Temperaturfühler besitzen eine hohe Genauigkeit mit einer Abweichung von nur +/- 0,5 Grad Celsius und können mit einem einzigen I/O-Pin genutzt werden.

Wo werden Temperatursensoren/Temperaturfühler eingesetzt?

Wie eingangs bereits erwähnt, werden Temperatursensoren in den unterschiedlichsten Situationen eingesetzt. Bereits eine einfache Wetterstation ist mit einem Sensor ausgestattet, der die Umgebungstemperatur misst und an den Empfänger weitergibt.

In der Maschinentechnik und im Automobilbereich sind Sensoren gar nicht mehr wegzudenken. Zu schnell würde die eingesetzte Elektronik überhitzen, wenn nicht ein Sensor die Kühlung optimal steuern würde. Überlegen Sie nur, wie rasch der Motor Ihres Wagens überhitzt, wenn der Kühler ausfällt und die Lüftung nicht anspringt. Des Weiteren werden die Temperaturfühler in folgenden Bereichen genutzt:

  • Haushaltstechnik (Kühlschränke, Herde, Öfen)
  • Heizungstechnik
  • Computertechnik
  • Servertechnik
  • Lebensmitteltechnik
  • Pharmaindustrie.

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