Welche Eigenschaften haben Temperatursensoren?

Ein Temperatursensor Bezeichnet einen Sensor, der Temperatur misst und in ein nutzbares Ausgangssignal umwandelt. Temperatursensoren sind der Kern von Temperaturmessgeräten und in vielen verschiedenen Ausführungen erhältlich. Nach Messmethode lassen sie sich in Kontakt- und berührungslose Sensoren unterteilen. Ebenso können sie anhand der Eigenschaften der Sensormaterialien und elektronischen Bauteile in zwei Kategorien eingeteilt werden:ThermistorUnd ThermoelementDie

Ein Temperatursensor ist ein Sensor, der die Temperatur messen und in ein nutzbares Ausgangssignal umwandeln kann. Temperatursensoren Sie bilden den Kern von Temperaturmessgeräten und existieren in einer Vielzahl von Ausführungen, die sich je nach Messmethode in Kontakt- und berührungslose Sensoren unterteilen lassen. Basierend auf den Sensormaterialien und den Eigenschaften der elektronischen Bauteile können sie in zwei Kategorien eingeteilt werden: Thermistoren und Thermoelemente. Es gibt vier Haupttypen von Sensoren. Temperatursensoren: Thermoelemente, Thermistoren,Widerstandstemperaturdetektoren (RTDs)und IC-Temperatursensoren. IC-Temperatursensoren lassen sich in zwei Typen unterteilen:

Analogausgang und Digitalausgang

Der Messfühler eines Kontakttemperatursensors, auch Thermometer genannt, hat engen Kontakt zum Messobjekt. Thermometer erreichen ihr thermisches Gleichgewicht durch Wärmeleitung oder Konvektion, sodass ihre Messwerte die Temperatur des Messobjekts direkt wiedergeben. Im Allgemeinen ist die Messgenauigkeit relativ hoch. Innerhalb eines bestimmten Messbereichs kann ein Thermometer auch die Temperaturverteilung im Inneren eines Objekts messen. Bei sich bewegenden Objekten, kleinen Messpunkten oder Objekten mit sehr geringer Wärmekapazität können jedoch erhebliche Messfehler auftreten. Zu den gängigen Thermometern zählen Bimetallthermometer, Flüssigkeitsthermometer, Druckthermometer, elektropositive Thermometer, Thermistoren und Thermoelementthermometer. Sie finden breite Anwendung in Industrie, Landwirtschaft, Handel usw. Im Alltag werden sie häufig zur Messung von Temperaturen unter 120 K eingesetzt. Es wurden verschiedene Tieftemperaturthermometer entwickelt, darunter Tieftemperatur-Gasthermometer, Dampfdruckthermometer, akustische Thermometer, paramagnetische Salzthermometer, Quantenthermometer, Tieftemperatur-Thermistoren und Tieftemperatur-Thermoelemente. Tieftemperaturthermometer erfordern Temperaturfühler mit geringem Volumen, hoher Genauigkeit, guter Reproduzierbarkeit und Stabilität. Der durch Sintern von porösem, hochsiliziumhaltigem Glas hergestellte karburierte Glasthermistor ist ein solches Temperaturfühler für Tieftemperaturthermometer und eignet sich zur Messung von Temperaturen im Bereich von 1,6 bis 300 K.

Kontaktlos

Die empfindlichen Komponenten dieses Messgeräts berühren das Messobjekt nicht; daher spricht man auch von berührungslosen Temperaturmessgeräten. Solche Geräte eignen sich zur Messung der Oberflächentemperatur von sich bewegenden Objekten, kleinen Messpunkten und Objekten mit geringer Wärmekapazität oder schnellen Temperaturänderungen (transienten Temperaturen) sowie zur Messung der Temperaturverteilung im Temperaturfeld.

Die gebräuchlichsten berührungslosen Temperaturmessgeräte basieren auf dem Grundgesetz der Schwarzkörperstrahlung und werden daher als Strahlungstemperaturmessgeräte bezeichnet. Zu den Messmethoden der Strahlungstemperatur gehören die Helligkeitsmessung (siehe optisches Pyrometer), die Strahlungsmessung (siehe Strahlungspyrometer) und die kolorimetrische Messung (siehe kolorimetrisches Thermometer). Verschiedene Strahlungstemperaturmessgeräte können lediglich die entsprechende photometrische, Strahlungs- oder kolorimetrische Temperatur messen. Nur die für einen Schwarzkörper (ein Objekt, das jegliche Strahlung absorbiert, aber kein Licht reflektiert) gemessene Temperatur entspricht der wahren Temperatur. Um die wahre Temperatur eines Objekts zu bestimmen, muss der Emissionsgrad der Oberfläche des Materials korrigiert werden. Der Emissionsgrad von Materialien hängt nicht nur von Temperatur und Wellenlänge ab, sondern auch von Oberflächenbeschaffenheit, Beschichtung und Mikrostruktur. In der Automatisierung ist die Strahlungsthermometrie häufig erforderlich, um die Oberflächentemperatur bestimmter Objekte zu messen oder zu regeln, beispielsweise die Walztemperatur von Stahlbändern, die Walzentemperatur, die Schmiedetemperatur und die Temperatur verschiedener Metallschmelzen in Schmelzöfen oder Tiegeln in der Metallurgie. In diesen speziellen Situationen ist die Messung des Oberflächenemissivitätsgrades eines Objekts recht schwierig. Zur automatischen Messung und Regelung der Temperatur fester OberflächenUm mit der Messfläche einen Hohlraum zu bilden, kann ein zusätzlicher Reflektor verwendet werden. Die zusätzliche Strahlung erhöht die effektive Strahlung und den effektiven Emissionskoeffizienten der Messfläche. Mithilfe des effektiven Emissionskoeffizienten und einer Messkorrektur lässt sich die tatsächliche Temperatur der Messfläche bestimmen. Ein typischer zusätzlicher Reflektor ist ein halbkugelförmiger Reflektor. Die diffuse Strahlung nahe dem Kugelmittelpunkt auf der Messfläche wird durch den halbkugelförmigen Spiegel zurückreflektiert und erzeugt so zusätzliche Strahlung. Dadurch wird der effektive Emissionskoeffizient erhöht. Dabei ist ε die Oberflächenemissivität des Materials und μ das Reflexionsvermögen des Reflektors. Zur Strahlungsmessung der tatsächlichen Temperatur von Gasen und Flüssigkeiten kann die Methode der Hohlraumbildung durch Einführen hitzebeständiger Rohre bis zu einer bestimmten Tiefe angewendet werden. Nach Erreichen des thermischen Gleichgewichts mit dem Medium wird der effektive Emissionskoeffizient des zylindrischen Hohlraums berechnet. In der automatischen Mess- und Regelungstechnik kann dieser Wert verwendet werden, um die gemessene Bodentemperatur (d. h. die Temperatur des Mediums) zu korrigieren und so die tatsächliche Temperatur des Mediums zu ermitteln.

Vorteile der berührungslosen Temperaturmessung:Die obere Messgrenze wird nicht durch den Temperaturwiderstand des Temperaturfühlers begrenzt, daher gibt es prinzipiell keine Einschränkung der messbaren Temperatur. Bei hohen Temperaturen über 1800 °C wird hauptsächlich die berührungslose Messung mit Kugelfischmischung eingesetzt. Mit der Entwicklung der Infrarottechnologie hat sich die Strahlungstemperaturmessung schrittweise vom sichtbaren Licht auf den Infrarotbereich ausgeweitet und wird nun mit hoher visueller Auflösung von unter 700 °C bis Raumtemperatur angewendet.