Wärmesensor

Temperatursensoren sind meist elektronische Bauelemente, die eine Temperatur in eine elektrische Größe umwandeln.

Beispiele

Bauteile, die ihren Widerstand verändern

• Heißleiter verringern ihren Widerstand bei Temperaturerhöhung, sie bestehen aus Keramik oder aus Silizium und heißen, wenn sie zu Messzwecken verwendet werden, auch Thermistor.
• Kaltleiter erhöhen ihren Widerstand bei Temperaturerhöhung.
  • Widerstandsthermometer aus Platin (PT100) haben einen nahezu temperaturlinearen Widerstandsverlauf. Sie können zwischen -200 °C und +850 °C eingesetzt werden.
  • Silizium-Sensoren werden im Temperaturbereich von –50 °C bis +150 °C eingesetzt.
  • Keramik-Kaltleiter weisen bei einer materialspezifischen Temperatur einen starken Widerstandsanstieg auf. Sie können auch als selbstregelndes Heizelement oder als Thermosicherung verwendet werden. Dienen sie zu Messzwecken, heißen sie ebenfalls Thermistor.

Elektrisches Thermometer, bei dem die Basis-Emitterspannung um 2,2 mV/°C sinkt

Bauteile, die direkt ein verarbeitbares elektrisches Signal liefern

• Integrierte Halbleiter-Temperatursensoren (Festkörperschaltkreise) liefern
  • einen zu ihrer Temperatur proportionalen Strom (Beispiel: LM334 [1], proportional zur absoluten Temperatur)
  • eine zu ihrer Temperatur proportionale Spannung (Beispiel: LM335 [2], 10 mV/K)
  • ein temperaturabhängiges digitales Signal (z. B. AD7314)
• Die Basis-Emitterspannung sinkt mit steigender Temperatur

Weitere Verfahren

• Wärmefühler mit Schwingquarz als Messelement. Die Resonanzfrequenz des schwingenden Quarzes verändert sich abhängig von der Temperatur und kann sehr präzise gemessen werden.
• Thermoelemente wandeln eine Temperaturdifferenz durch den Seebeck-Effekt in eine elektrische Spannung um.
• pyroelektrische Materialien ändern die Ladungsträgerdichte an ihrer Oberfläche bei Temperaturschwankungen durch Veränderung der spontanen Polarisation. Einsatz in Pyrometern (Strahlungstemperatur-Messung im mittleren Infrarot) und bei Bewegungsmeldern.
• Pyrometer und Wärmebildkameras arbeiten berührungslos und messen die Wärmestrahlung
• Mechanisch arbeitende Temperaturschalter, z. B. Bimetallschalter, die durch Krümmung eines Bimetalles einen Schalter betätigen. Anwendungen in Toastern und Bügeleisen.
• Curie-Effekt-Temperatursensoren bestehen aus einem Dauermagneten, der unterhalb der Curie-Temperatur an ferromagnetischem Material haftet und oberhalb dieser Temperatur abfällt und dabei einen Schalter betätigt. Je nach dem Abstand zwischen Magnet und Eisen schaltet der Sensor nach Abkühlung selbsttätig wieder ein oder muss zurückgestellt werden. Anwendung in temperaturgeregelten Lötkolben.
• Faseroptische Temperatursensoren messen das Temperaturprofil entlang einer Glasfaser. Sie beruhen auf dem Raman-Effekt oder der temperaturabhängigen Änderung der Brechzahl in Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (FBGS).

Andere Begriffe für Temperatursensoren sind: Wärmefühler, Temperaturfühler, Wärmesensor.

Integrierte Temperatursensoren

In vielen integrierten Schaltungen werden Temperatursensoren eingebaut, um temperaturabhängige Regelungen oder einen Schutz gegen Überhitzung zu erreichen. Beispiele sind:

• Mikroprozessoren, als Übertemperaturschutz (bei Erreichen von definierten Temperaturschwellen wird die Taktfrequenz reduziert, um eine weitere Erhöhung der Temperatur zu vermeiden)
• DRAM-Speicher, zur Regelung der Refresh-Frequenz, die stark temperaturabhängig ist (in etwa exponentielles Verhalten)
• Leistungshalbleiter, als Überhitzungsschutz (Smart-Power)

Siehe auch

Wärmemengenzähler, Heizkostenverteiler, Thermografie, Energy Harvesting

Weblinks

• Schulungsunterlagen (PDF); ifm electronic gmbh
• Widerstandskennlinien(PDF); FuehlerSysteme eNET International GmbH