Temperatursensor: Aufbau und Funktionsweise

Der Temperatursensor

Temperatursensoren sind elektrische und elektronische Bauelemente, die als Sensoren die Temperatur über ein bestimmtes elektrisches Signal messbar machen. Sie können dieses Signal direkt senden oder mittelbar etwa über die Veränderung des Widerstands. Man bezeichnet sie auch als Wärmesensoren oder Thermosensoren. Eingesetzt wird ein Temperatursensor unter anderem in der Steuerung von Schaltkreisen. Temperatursensoren heißen auch Wärmefühler, Temperaturfühler oder Wärmesensoren.

Inhaltsverzeichnis

Welche Arten von Temperatursensoren gibt es und wie arbeiten sie?

Temperatursensoren mit Widerstandsänderung oder Änderung anderer physikalischer Eigenschaften

Bauteile mit direkt verarbeitbarem elektrischen Signal

Welche Materialien erkennt ein Temperatursensor?

Wo werden Temperatursensoren eingesetzt?

Welche Vor- und Nachteile hat ein Temperatursensor

Welche Arten von Temperatursensoren gibt es und wie arbeiten sie?

Es werden als Hauptarten widerstandsverändernde und direkt über ein geliefertes Signal arbeitende Temperatursensoren unterschieden.

Temperatursensoren mit Widerstandsänderung oder Änderung anderer physikalischer Eigenschaften

Kaltleiter (PTC) signalisieren eine Temperaturerhöhung mit höherem Widerstand.
Heißleiter (NTC), auf Metalloxiden oder Halbleitern aufbauend, zeigen die Temperaturerhöhung mit einer Verringerung des Widerstands an. Man nennt sie als Messwerkzeuge auch Thermistoren.

Nach den eingesetzten Materialien werden Platin-, Silizium und Keramik Messwiderstände unterschieden. Sie können für unterschiedliche Temperaturbereiche eingesetzt werden. Dabei überzeugen Keramik Halbleiter auch als selbstständige Heizelemente oder Thermosicherungen.
Es gibt weitere interessante Materialien in diesem Bereich wie Temperaturfühler mit schwingendem Quarz als Messeinheit, die die Temperaturerhöhung über die Änderung der Resonanzfrequenz zuverlässig anzeigen und besonders genau Messergebnisse liefern können.

Pyroelektrische Materialien reagieren mit einer Änderung der Ladungsträgerdichte an ihrer Oberfläche auf Temperaturänderungen. Es kommt zu einer spontanen Polarisation. Sogenannte Pyrometer messen die Wärmestrahlung.
Bimetallschalter arbeiten mechanisch und betätigen über die Krümmung eines Bimetalles einen Schalter bei Temperaturerhöhung.
Ferromagnetische Temperatursensoren haben einen Dauermagneten, der je nach Temperatur haftet oder abfällt. Dabei wird eine Federspannung magnetisch gehalten oder ein Schalter betätigt.
Faseroptische Temperatursensoren erarbeiten ein Profil der Temperatur mit einer Glasfaser. Sie nutzen den sogenannten Raman-Effekt aus.

Bauteile mit direkt verarbeitbarem elektrischen Signal

Es handelt sich hierbei um integrierte Halbleiter-Temperatursensoren, beziehungsweise Festkörperschaltkreise.
Sie produzieren in Abhängigkeit zur Temperatur

– einen Strom
– eine Spannung
– ein digitales Signal

Welche Materialien erkennt ein Temperatursensor?

Für die Materialerkennung kommt es auf die Art und Bauweise des Temperaturfühlers an. Das gilt insbesondere für einen Temperatursensor, der durch Änderung einer weiteren physikalischen Größe oder Eigenschaft die Temperaturänderung anzeigt. Viele Sensoren erkennen Metalle.

Wo werden Temperatursensoren eingesetzt?

Man findet einen Temperatursensor in vielen Alltagsgegenständen wie Bügeleisen, Toastern, Bewegungsmeldern und auch in Werkzeugen (automatisiert temperaturgeregelte Lötkolben). Auch in vielen industriellen Anwendungen, bei denen temperaturabhängig Schaltkreise gesteuert werden sollen, sind Temperaturfühler im Einsatz. (Wärmebildkameras und automatisierte Heizelemente). Ein typischer Anwendungsbereich ist der Überhitzungsschutz über Mikroprozessoren.

Welche Vor- und Nachteile hat ein Temperatursensor

Temperatursensoren können Temperaturmessungen sehr präzise vornehmen.
Allerdings ist es wichtig, die passende Bauart zu wählen, um die Sensoren in verschiedenen Temperaturbereichen und Umgebungen zum Einsatz zu bringen. Bei einigen Bauarten ist ein tieferes Verständnis der komplexeren Funktionsweise notwendig, um eine Abstimmung auf die erkennbaren Materialien zu erreichen. Es kann anspruchsvoll sein, einen Temperatursensor zu integrieren. Bei der Auswahl ist auf hochwertige Komponenten zu achten, deren Technologie ausgereift ist und bei denen verfälschende Sekundäreffekte wie etwa eine Erwärmung des Widerstandsthermometers möglichst gering ausfallen.