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Temperatursensoren, auch Wärmesensoren oder Thermosensoren genannt, liefern abhängig von der Temperatur elektrische Signale, mit denen sich Schaltkreise steuern lassen. Einige dieser Bauelemente erhöhen oder verringern ihren elektrischen Widerstand bei Temperaturveränderungen, andere liefern direkt verarbeitbare elektrische Signale.

Wissenswertes zu Temperatursensoren

Welche Funktionen können Temperatursensoren übernehmen?

Temperatursensoren werden als Temperaturfühler, Temperaturwächter, Einschaltstrombegrenzer, Überlastschutz, Überhitzungsschutz und für selbstregulierende Heizelemente eingesetzt.

Grundlegend unterschieden werden

  • Temperatursensoren, die ihren Widerstand bei Temperaturschwankungen ändern und zur Auswertung an ein Messgerät und eine zusätzliche Steuerungseinheit angeschlossen werden müssen
  • Temperatursensoren, die direkt ein elektrisches Signal zur Verarbeitung für die Steuerung liefern

Temperaturabhängige Widerstände werden auch Thermistoren genannt. Sie sind als Heißleiter oder Kaltleiter ausgeführt.

Heißleiter: Der Widerstand von Heißleitern nimmt mit steigender Temperatur ab. Sie haben einen negativen Temperaturkoeffizienten (negative temperature coefficient). Heißleiter werden deshalb auch als NTC-Resistor bezeichnet.

Kaltleiter: Der Widerstand von Kaltleitern nimmt in einem bestimmten Temperaturbereich bei steigender Temperatur stark zu. Sie haben einen positiven Temperaturkoeffizienten (positive temperature coefficient). Kaltleiter werden deshalb auch als PTC-Resistor bezeichnet.

Kaltleiter im Detail

Zu den Kaltleitern zählen die Platin-Messwiderstände und die Silizium-Messwiderstände:

Platin-Temperatursensor im Schutzgehäuse, Messbereich -40 bis +500 °C

Platin-Temperatursensoren sind beim Einbau in industrielle Widerstandsthermometer und in integrierte Schaltungen sehr beliebt, denn das Material Platin ändert seinen elektrischen Widerstand bei Temperaturabweichungen nahezu linear. Dieser Effekt funktioniert im Messbereich von -200 °C bis +850 °C, auch wenn die Datenblätter von Platin-Messwiderständen aufgrund anderer verwendeter Materialien in der Praxis spezifische Eingrenzungen des jeweiligen Anwendungsbereichs vorschreiben.

Eine geläufige Ausführung eines temperaturabhängigen Platin-Widerstands ist der Pt100, welcher bei einer Temperatur von 0 °C einen genormten Nennwiderstand von 100 aufweist. Widerstandswerte für jegliche Temperaturen sind in Tabellenform ablesbar. Die englische Bezeichnung für diese Temperaturfühler ist resistance temperature detector, kurz RTD. Unterschiedliche Fabrikate und Bauarten unterscheiden sich bezüglich ihrer Messgenauigkeit. Analog dazu sind auch Pt500-, Pt1000 und Pt2000-Widerstände mit Platinwärmefühler erhältlich.

Silicium-Messwiderstände werden zum Messen, Steuern und Regeln der Temperatur der Luft, anderer Gase und Flüssigkeiten verwendet. Silicium-Temperaturfühler sind auch für die Temperaturmessung in Flüssigkeiten unter Druck geeignet. Ihr Anwendungsspektrum befindet sich im Messbereich von -50°C bis +150 °C. Für Temperatursensoren wird n-leitendes Silicium eingesetzt.

Weitere Funktionen von Temperatursensoren im Detail

Neben den widerstandsverändernden Sensoren gibt es Temperatursensoren, die direkt ein elektrisches Signal zur weiteren Verarbeitung liefern. Meistens handelt es sich dabei um Halbleiter-Temperatursensoren mit beschränktem Temperaturbereich. Häufig sorgt in solchen direkten Temperatursensoren ein Mikrocontroller für eine automatische Korrektur von Messfehlern des eigentlichen Sensors. Praxisbeispiele für die Umsetzung von Temperaturveränderungen in direkte elektrische Signale sind:

  • von der Temperatur abhängiges digitales Signal
  • zur Temperatur proportionale Spannung
  • zur Temperatur proportionaler Strom

Welche Temperatursensoren gibt es?

Temperaturfühler werden als gewickelter Draht oder mit der Dünnschichttechnik gebaut.

  • Bei der Ausführung als Draht wird das temperatursensible Material entweder außen oder unter einer Schutzhülle auf einen Glas- oder Keramikkörper aufgewickelt (Mantelfühler).
  • Bei der Dünnschichttechnik wird eine Dünnfilm des temperaturempfindlichen Materials mit anderen Elementen des Temperatursensors verbunden.

Anwendungsbezogen eignen sich Ausführungen als Mantelfühler, Oberflächenfühler oder Fühlerelement:

  • Mantelfühler: Der Temperaturfühler steckt in einem Schutzrohr, das den Sensor vor Umgebungseinflüssen schützt.
  • Oberflächenfühler: Oberflächenfühler sind so dünn wie möglich gehalten, um einen guten Kontakt zu einer flachen oder geformten Oberfläche zu halten, von der die Temperatur gemessen werden soll. Die temperatursensiblen Plättchen von Oberflächenfühlern werden mit Dünnschichttechnik hergestellt.
  • Fühlerelement: Als Fühlerelement wird der mit Draht umwickelte Temperatursensor bezeichnet. Diese Bauform ist recht einfach gehalten, sodass sie auch bei wenig Platz zur Temperaturmessung eingesetzt werden kann.

Übrigens: Messwiderstände sind meist in einem Schutzrohr untergebracht, um Materialverschleiß durch Umgebungseinflüsse vorzubeugen.
Heißleiter sind häufig scheibenförmig, als Chip oder Halbleiterperle ausgeführt. Kaltleiter gibt es beispielsweise stab-, scheiben- oder perlenförmig. Thermoelemente bestehen aus zwei miteinander verschweißten Leitern, die durch unterschiedliche Elektronenkonzentration bei Erwärmen eine Spannungsveränderung hervorrufen.

Anschlussmöglichkeiten für Temperatursensoren

Temperaturfühler mit Dreileiteranschluss und Edelstahl Fühlerrohr

Bei den Anschlussmöglichkeiten für Temperatur-Sensoren werden Zweileitertechnik, Dreileitertechnik und Vierleitertechnik unterschieden:

  • Zweileitertechnik: Sensor und Auswerteschaltung sind gemeinsam mit einer zweiadrigen Leitung verbunden. Da Sensor und Leitungswiderstand in einer Reihe liegen, kommt es zu einer Messwertverfälschung, die einer Kompensation bedarf.

  • Dreileitertechnik: Hier lassen sich Leitungswiderstand und Temperaturabhängigkeit kompensieren, indem ein zusätzlicher Leiter zum Sensor geführt wird, wodurch zwei Messkreise entstehen.

  • Vierleitertechnik: Leistungswiderstände und deren Temperaturabhängigkeit sind weitgehend ohne Einfluss. Durch den Sensor fließt ein Konstantstrom. Der Spannungsabfall am Sensor wird abgegriffen und an den Eingang einer hochohmigen Auswerteschaltung geführt.

FAQ - häufig gestellte Fragen zu Temperatursensoren

Temperatursensor mit offenem PVC-isolierten Kabel als Anschluss

Was bedeutet Temperatur-Messbereich (min.) und (max.)?

Viele Temperatursensoren können die Temperatur nur messen und benötigen in der praktischen Anwendung zusätzlich angeschlossene Messgeräte und separate Steuerungseinheiten zur Auswertung der Messung. Außerdem ist der Messbereich vieler Temperatursensoren aufgrund ihres Aufbaus eingeschränkt, da verwendete Bauteile sonst in ihrer Funktion beeinträchtigt sind oder gar Schaden nehmen würden. Im Shop finden Sie Temperatursensoren für Messbereiche von -270 °C bis +1360 °C. Die konkreten Anwendungsbedingungen entnehmen Sie bitte den jeweiligen Produktdatenblättern.

Welche Kontaktart brauche ich für eine Temperatursicherung mit Abschaltautomatik?

Soll der Temperatursensor vor Überhitzung schützen, indem er bei Erreichen einer bestimmten Maximaltemperatur den Stromkreis trennt, benötigen Sie einen Öffner. Im Filter „Ausschalt-Punkt“ können Sie bei uns eine Voreinstellung zur Abschalt-Temperatur treffen, die Ihre Suchergebnisse weiter eingrenzt. In unserem Onlineshop finden Sie mögliche Ausschalttemperaturen von +30 °C bis +170 °C.

Wie steuere ich die Einschaltautomatik von Klimaanlagen, Motoren und ähnlichen mithilfe von Temperatursensoren?

Hierzu benötigen Sie einen Temperatursensor mit einem spezifischen Einschalt-Punkt, den Sie im Filter auswählen können. Erst bei Erreichen dieser Temperatur wird der Stromkreis zum Beispiel zum Betrieb einer Kühlung oder eines Motors verbunden, bei niedrigeren Temperaturen bleiben sie deaktiviert. Die Bandbreite wählbarer Einschalttemperaturen beträgt in unserem Shop +20 °C bis +155 °C.

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