2 Sensoren
2.1 Sensoren für die Temperaturmessung

Die Temperatur ist einer der häufigsten Eingänge für die automatische Verarbeitung des Signals. Allgemein gehört sie auch zu den wichtigsten Größen, welche die Bedingungen und Prozesse in der Natur beschreiben.

Widerstandstemperatursensoren

Metall-Widerstandstemperatursensoren stellen das meistverwendete praktische Messverfahren dar. Das Prinzip hinter den Metall-Widerstandstemperatursensoren ist die Abhängigkeit des klaren Metalls von der Temperatur, wobei der Widerstand des Metalls fast proportional zur absoluten Temperatur steigt.

Material des Sensors

Messbereich [°C]

Temperaturkoeffizient des Widerstandes [10−3 K-1]

Pt

–200 bis +850

3,85 bis 3,93

Ni

–60 bis +180

6,17 bis 6,70

Cu

–200 bis +200

4,26 bis 4,33

Polykristalline Halbleitersensoren (NTC)

Polykristalline Halbleitersensoren werden aus amorphen polykristallinen Halbleitern hergestellt und werden auch als Thermistoren (thermisch empfindliche Widerstände) bezeichnet. In diesem Fall wird die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes des Materials von der Temperatur genutzt. Das Prinzip der Halbleiterleitfähigkeit unterscheidet sich und hängt vom Verhalten und von Eigenschaften dieser Sensoren ab. Der Widerstand des Halbleitermaterials sinkt mit der steigenden Temperatur.

Thermistoren NTC (Negative Temperature Coefficient - negativer Temperaturkoeffizient) messen das negative Verhältnis zwischen dem Widerstand und der Temperatur. Diese Thermistoren werden dort verwendet, wo die Messgeschwindigkeit wichtig ist, weil ihre niedrige thermische Kapazität die konstante Dauer der Messung auf Sekunden reduziert. Ihre üblichen Temperaturbereiche liegen zwischen -50 bis 150 °C, aber es werden auch spezielle keramische Thermistoren für extreme Temperaturen (z. B. ab -269,15 bis 1 000 °C) hergestellt.

Monokristalline Halbleitersensoren

Monokristalline Halbleitersensoren werden aus Silizium, Germanium und Indium hergestellt. Ihr Vorteil besteht in der großen Zeitstabilität und in der Möglichkeit der Konstruktion in einer dünnen Schicht.

Thermoelektrische Thermometer

Diese Sensoren verwenden für die Temperaturmessung ein Thermoelement, das aus zwei Leitern mit verschiedenen Metallen A und B besteht, die auf beiden Enden leitend verbunden werden. Gemäß dem Unterschied der Temperaturen tm und ts auf der zweiten Verbindung wird die thermoelektrische Spannung und der thermoelektrische Strom generiert.

Kontaktlose Temperaturmessung

Kontaktlose Temperaturmessung arbeitet nach dem folgenden physikalischen Effekt: Wegen einer thermischen Bewegung des grundlegenden Teils wird Energie in der Form der elektromagnetischen Strahlung sowohl in dem infraroten Teil des Spektrums als auch im sichtbaren Teil des Lichtspektrums ausgestrahlt.

Kontaktlose Temperaturmessung – Bolometer

Das Prinzip eines Bolometers besteht darin, dass ihr elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit von seiner Umgebungstemperatur ändert, die von der Stärke der infraroten Strahlung abhängt. Die Änderung des Widerstandes des Bolometers wird daher durch die Menge der einfallenden infraroten Strahlung charakterisiert. Daher ist die thermische Isolation des Sensors von seiner Umgebung entscheidend. Ein Mikrobolometer integriert mehr Widerstandselemente auf einer Seite, was die Herstellung von thermischen 2D-Bildern erlaubt, welche die ausstrahlenden Objekte vor dem Detektor darstellen. Zurzeit stehen solche Einrichtungen in vielen Kategorien zur Verfügung, von einfachen manuellen infraroten Einpunktthermometern bis zu Thermokameras mit den oben angeführten Attributen und einer hochentwickelten digitalen Steuerung.

Ihr Hauptvorteil ist die Kontaktlosigkeit der Messung. Weitere Vorteile sind die Möglichkeit der Messung sich bewegender Objekte oder der 2D-Anzeige, d. h. Thermographie.