Temperatursensoren finden sich in einer Vielzahl elektronischer Geräte und in allen Bereichen des Lebens. Ohne diese kleinen Bauteile käme keine Espresso-Maschine, kein Computer und auch kein Auto aus. Aber was genau versteht man darunter und wie funktionieren sie?
Was sind Temperatursensoren?
Unter dem Begriff Temperatursensor werden verschiedene elektronische Bauteile zusammengefasst, die der Temperaturmessung dienen. Man unterscheidet dabei zwischen temperaturabhängigen Widerständen (Thermistoren), Thermoelementen oder Bauteilen mit integrierten Schaltkreisen, die eine Spannung oder ein digitales Signal liefern. Auch Temperaturmessgeräte zur Wandmontage, die eine Vielzahl von Ausgangssignalen zur Verfügung stellen, werden gelegentlich als Temperatursensor bezeichnet, obwohl der Sensor nur ein kleiner, aber entscheidender Teil dieser Messinstrumente ist. Mehr Infos zu Temperaturosensoren finden Sie hier: https://www.ist-ag.com/de/produkte-services/temperatursensoren
Temperaturabhängige Widerstände (Thermistoren)
Es gibt zwei Arten von temperaturabhängigen Widerständen: die PTC- und die NTC-Widerstände. Bei einem PTC-Widerstand (engl. Positive Temperature Coefficient Thermistor) wird der Widerstand mit zunehmender Temperatur grösser. Die Leitfähigkeit ist somit bei niedrigeren Temperaturen höher, weshalb PTC-Widerstände auch als Kaltleiter bezeichnet werden. Genau umgekehrt ist es beim NTC-Widerstand (Negative Temperature Coefficient Thermistor). Sein elektrischer Widerstand wird mit steigender Temperatur kleiner. Er leitet bei hohen Temperaturen den Strom also besser und wird daher auch Heissleiter genannt.
Anwendungsbereiche für Temperatursensoren
Temperatursensoren können in elektronischen Schaltungen verschiedene Aufgaben erfüllen. So dienen NTCs häufig der Strombegrenzung oder zur Anzugs- oder Abzugsverzögerung bei Relais. PTCs werden vor allem in der Regelungstechnik eingesetzt, z.B. bei der Temperaturregelung von Heizungen. Thermistoren gibt es in vielen Bauformen und mit verschiedenen Spezifikationen, die sich beispielsweise durch ihren Einsatz-Temperaturbereich und ihre Fehlertoleranz-Klasse unterscheiden.
Für die Temperaturmessung haben sich Platin-Messwiderstände bewährt. Durch den fast linearen Verlauf der Temperatur-Widerstandskurve über einen grossen Temperaturbereich sind sehr präzise Messungen möglich. Platin-Messwiderstände werden häufig kurz mit Pt100 oder Pt1000 bezeichnet, wobei das Pt für Platin steht und die Zahl den Widerstand in Ohm bei 0 Grad Celsius angibt. Je nach Anwendungsfall gibt es Platin-Messwiderstände in verschiedenen Bauformen mit oder ohne schützendes Gehäuse.
Aber wie wird nun konkret eine Temperatur gemessen? Die Messung erfolgt indirekt durch Messung des Spannungsabfalls am Messwiderstand. Wird die Stromstärke konstant gehalten, kann der Widerstand leicht mit dem Ohmschen Gesetz R=U/I ermittelt werden. Da auch die Anschlussdrähte einen Widerstand haben, ist meist eine besondere Messschaltung (Dreileiter- oder Vierleiterschaltung) erforderlich, um Messfehler zu vermeiden. Anhand der spezifischen Kennlinie oder einer Tabelle kann dann mit dem errechneten Widerstand die Temperatur ermittelt werden.
Wenn es heiss her geht: Thermoelemente
Thermoelemente sind Temperatursensoren, die bei hohen Temperaturen ab ca. 300 Grad Celsius zum Einsatz kommen. Sie bestehen aus zwei unterschiedlichen metallischen Leitern, die an der Messstelle miteinander verbunden sind. Die anderen Enden dieser Leiter befinden sich an einer Vergleichsstelle, deren Temperatur bekannt ist. Durch die Temperaturdifferenz zwischen Mess- und Vergleichsstelle entsteht eine sogenannte Thermospannung zwischen den beiden Leitern. Diese Spannung ist abhängig von der Temperaturdifferenz und dem Material der Leiter und erlaubt somit die Bestimmung der Temperatur an der Messstelle.
Thermoelemente an sich sind zwar relativ preisgünstig, allerdings ist die Installation einer solchen Messeinrichtung aufwändig. So muss z.B. das Ausgangssignal linearisiert werden und die Anschlussleitungen müssen auf die Materialien des Thermoelementes abgestimmt sein, damit es nicht zur Verfälschung des Messergebnisses kommt.