Was sind Temperaturfühler?

Verschiedene Arten von Temperaturfühler können zur Messung von Temperaturschwankungen bei allen flüssigen oder festen Objekten und in jeder Umgebung eingesetzt werden. Im industriellen Bereich wird die Umgebungstemperatur von Lagerhäusern, Lagerräumen, Gewächshäusern und Kühlräumen gemessen.

Diese Wärmesensoren werden bei der Überwachung von Industrie- und Prozesstemperaturen, bei der Prüfung von Kraftfahrzeugen, bei Verbrennungsprozessen in Hybridmotoren, bei der Prüfung von Elektromotoren, Turbinen und Kontrollsystemen in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.

RTDs werden bei der Herstellung von Arzneimitteln, in Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen sowie in der Lebensmittelindustrie verwendet.

Thermistoren werden zur Überwachung von Stromkreisen, als Schutz in Transformatoren und Schaltnetzteilen, in Feuermeldern, in Kraftfahrzeugmotoren, in der Unterhaltungselektronik und in Thermostaten eingesetzt. NTCs werden insbesondere als Temperatursensoren zur Begrenzung des Einschaltstroms verwendet, PTCs zum Schutz von Geräten vor Überlast.

Infrarot-Pyrometer werden in Fällen eingesetzt, in denen die Messung nicht durch Berührung erfolgen kann: große Entfernungen, übermäßig hohe Temperaturen wie bei Backwaren in Öfen, sich bewegende Objekte wie Rollen oder Förderbänder, Hochspannung.

Nicht radiometrische Wärmebildkameras werden für Umweltanalysen von Solar- oder Photovoltaikanlagen und, auf Drohnen montiert, für Infrarot-Inspektionen aus der Luft eingesetzt. Sie helfen bei der Erkennung und Analyse von Waldbränden, der Unterscheidung von Nutzpflanzen und der Erkennung von Mülldeponien.

Industrielle Datenlogger werden bei der Überwachung von Umweltbedingungen und, in Edelstahlausführungen für hohe Temperaturen, bei Prozessen wie der Pasteurisierung und Sterilisierung von Lebensmitteln eingesetzt.

Temperatursensoren sind an zahlreiche Anwendungen anpassbar und erfordern keine besonderen Investitionen für die Installation und Überwachung. Um maximale Effizienz zu erreichen, müssen sie prozessspezifisch konfiguriert werden, d. h. nach einer sorgfältigen Analyse des Unternehmensumfelds: In diesem Sinne können sie eine Gelegenheit zur Neuausrichtung von Strategien und Abläufen in der Praxis sein.

Temperatursensoren nehmen präzise und zuverlässige Messungen vor, die über einen längeren Zeitraum strukturiert sind; sie liefern daher nützliche Datenbanken für die Verarbeitung von Statistiken und die Optimierung von Produktionsprozessen. Um die Gerätegenauigkeit zu gewährleisten, kann ein Temperaturkalibrator eingesetzt werden.

Man kann zwischen Kontakt- und kontaktlose Temperaturfühler unterscheiden. Kontakt-Temperaturfühler beruhen auf dem Verhältnis zwischen Temperatur und Widerstand von Metallen. Im Allgemeinen steigt bei anderen Materialien mit zunehmender Temperatur auch der Widerstand, d. h. der Widerstand gegen den Durchgang von elektrischem Strom. Bei einigen Metallen hingegen ist der Widerstand umso geringer, je höher die Temperatur ist, und umso höher ist die Leitfähigkeit, d. h. die Fähigkeit, elektrischen Strom durchzulassen: Kontakt-Temperatursensoren werden daher aus leitenden oder halbleitenden Metallen hergestellt, so dass sie, sobald sie in einen Stromkreis eingefügt sind, Temperaturänderungen erkennen und messen können.

Thermoelemente erkennen sehr hohe Temperaturen (bis zu 1750 °C), benötigen keine externe Stromversorgung, sind preiswert und in der Industrie weit verbreitet, obwohl sie empfindlich auf elektrisches Rauschen reagieren und nicht ohne systematische Fehler sind. Sie sind im Allgemeinen mit Mineral-Oxid isoliert und mit einem Außenmantel (auch doppelt oder dreifach) aus rostfreiem Stahl für hohe Temperaturen versehen. Sie können einen kompensierten Anschluss, einen Keramiksockel, freie Drähte oder Verlängerungskabel haben.

Widerstandsthermometer (RTD) messen die Änderung des Widerstandswerts eines Metalls, wenn sich die Temperatur ändert, wenn es einem elektrischen Strom ausgesetzt ist. Der Widerstandswert hängt von der Länge und der Querschnittsfläche des verwendeten Leiters ab, der im Allgemeinen aus Kupfer, Nickel, vor allem aber aus Platin besteht. Die Widerstandsänderung bei einem RTD ist linear und der Sensor befindet sich am Ende des Drahtes. Je höher die Temperatur ist, desto mehr steigt der elektrische Widerstand des Metalls im Inneren des Sensors an, wodurch die Veränderung der Daten erfasst wird.

Thermistoren oder temperatursensitive Widerstände leiten sich vom englischen Wort Thermistor ab, das wiederum eine Kurzform von Thermal Resistor ist. Sie bestehen aus gesintertem Metall- oder Metalloxid-Halbleitermaterialien, d. h. sie werden durch Hochtemperaturverarbeitung aus Pulvern gewonnen. Sie haben die Form einer Scheibe oder Perle, die mit Epoxid oder Glas beschichtet ist. Auch hier wird das Ende des Sensors mit einem Spannungsgenerator belastet und der Ladungsfluss durch ihn gemessen, um die Temperaturänderung zu bestimmen. Der Messbereich reicht von -100 °C bis 325 °C.

Kontaktlose Temperaturfühler arbeiten mit Infrarot und messen die Temperatur über die vom Messobjekt abgegebene Infrarotstrahlung. Jeder Körper über dem absoluten Nullpunkt sendet elektromagnetische Strahlung aus, die vom menschlichen Auge nicht mehr als 700 Nanometer, der Frequenz der Farbe Rot, wahrgenommen werden kann. Infrarotsensoren hingegen nehmen genau den Frequenzbereich von 700 Nanometern bis zu einem Millimeter „unterhalb von Rot“ auf. Diese Sensoren werden für Messungen in Bewegung oder unter Bedingungen eingesetzt, bei denen ein Kontakt mit dem Objekt nicht möglich ist.

Infrarotthermometer werden auch als optische Pyrometer bezeichnet. Sie messen die Temperaturänderung eines Objekts, indem sie dessen Strahlung erfassen und sie zunächst in ein elektrisches Signal und dann in die Temperatur umwandeln. Das elektrische Signal wird dann verarbeitet, umgewandelt und zur Anzeige an ein Display gesendet.

Bei Kontaktsensoren wird die temperaturabhängige Widerstandsänderung eines Metalls genutzt, um die Temperatur selbst zu bestimmen. Es werden verschiedene Metalle verwendet, die unterschiedliche Messbereiche bieten:

• Platin: -200 °C bis 600 °C
• Kupfer: -190 °C bis 150 °C
• Nickel: -60 °C bis 180 °C
• Wolfram: -100 °C bis 1400 °C

Die meisten RTDs verwenden Platin, da es den besten Messbereich bietet. Sie sind außerdem sehr genau, stabil und haben ein lineares Ansprechverhalten.

Der Begriff Temperaturfühler bezeichnet zusammen mit dem Begriff elektrisches Thermometer eine Einheit, die aus einem oder mehreren Sonden und einem spezifischen, für die Art der Verwendung vorgesehenen Schutz besteht, der z. B. ein Anschlusskopf, ein Verlängerungsrohr, ein Schutzrohr oder ein Griff sein kann. Das in den Temperaturfühler eingebaute Sensorelement nimmt die Messung vor und wandelt den Temperaturwert in ein elektrisches Signal um.

Temperatursensoren sind eine Reihe von Elementen, die es ermöglichen, Temperaturen zu erkennen, zu messen und zu überwachen. Sie sind in vielen Industriezweigen von entscheidender Bedeutung und besonders flexibel, da sie in kontaktbehafteter oder kontaktloser Form erhältlich sind. Sie können zur Messung der Temperatur von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen sowohl in der Nähe als auch aus der Ferne verwendet werden. Dieser Leitfaden bietet einen Überblick über ihre Formen und Anwendungsmöglichkeiten.

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