Temperatursensor

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Temperatursensoren sind meist elektrische oder elektronische Bauelemente, die ein elektrisches Signal als Maß für die Temperatur liefern.

Andere Begriffe für Temperatursensoren sind Wärmefühler, Temperaturfühler, Wärmesensor.

Bauteile, die ihren Widerstand verändern

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  • Heißleiter (NTC) verringern ihren Widerstand bei Temperaturerhöhung, sie basieren auf Metalloxiden oder Halbleitern und heißen, wenn sie zu Messzwecken verwendet werden, auch Thermistor.
  • Kaltleiter (PTC) erhöhen ihren Widerstand bei Temperaturerhöhung.
    • Platin-Messwiderstände haben einen nahezu temperaturlinearen Widerstandsverlauf. Sie können je nach Ausführung zwischen −200 °C und +850 °C eingesetzt werden.
    • Silizium-Messwiderstände 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 (Heizwiderstand) oder als Thermosicherung verwendet werden.

Bauteile, die ein aufbereitetes elektrisches Signal liefern

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Thermoelemente erzeugen durch den Seebeck-Effekt bei einer Temperaturdifferenz zwischen den Verbindungspunkten zweier verschiedener Metalle eine elektrische Spannung. Kennt man die Temperatur des einen der Verbindungspunkte, kann man die absolute Temperatur messen. Da die Thermospannungen sehr klein sind, werden Messverstärker eingesetzt.

Die Durchflussspannung einer Diode ist temperaturabhängig;sie sinkt mit steigender Temperatur etwa um 2,3 mV/K[1]). Dieser Effekt kann zur Temperaturmessung ausgenutzt werden. Hierzu wird oft ein Transistor bzw. eine nicht temperaturkompensierte Bandabstandsreferenz verwendet, um die Stromabhängigkeit des Effektes zu verringern. Diese elektrische Schaltung ist die Basis von integrierten Schaltkreisen, die zur Temperaturmessung eingesetzt werden. Integrierte Halbleiter-Temperatursensoren (Festkörperschaltkreise) auf Basis des Bandabstandes liefern

  • ein zur Temperatur proportionaler Strom auf Basis einer Konstantstromquelle (Beispiele: LM234[2], AD592[3], proportional zur absoluten Temperatur 1 µA/K) wird in der Auswerteelektronik mit einem Widerstand in eine temperaturproportionale Spannung gewandelt.
  • eine zu ihrer Temperatur proportionale Spannung (Beispiel: LM335[4], 10 mV/K)
  • ein von ihrer Temperatur abhängiges digitales Signal (Beispiele: AD7314[5], DS18B20[6][7])

Stromquellen als Temperatursensor und auch manche digitalen Schaltkreise haben die vorteilhafte Eigenschaft, dass vom Temperatur-Messort nur zwei Leitungen erforderlich sind und dass der Störeinfluss auf das Messsignal dadurch gering ist.

Weitere Verfahren

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Integrierte Temperatursensoren

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In vielen integrierten Schaltungen werden Temperatursensoren eingebaut, um temperaturabhängige Regelungen oder einen Schutz gegen Überhitzung zu erreichen. Temperaturmesseinrichtungen oder Temperatur-Schwellwertschalter finden sich beispielsweise:

  • in Mikroprozessoren als Übertemperaturschutz: bei Erreichen einer Temperaturschwelle wird beispielsweise die Taktfrequenz reduziert, um eine weitere Erhöhung der Temperatur zu vermeiden.
  • in DRAM-Speichern zur Regelung der Refresh-Frequenz, die stark temperaturabhängig ist (sie hat in etwa ein exponentielles Verhalten)
  • in Leistungshalbleitern und Stromversorgungs-IC als Überhitzungsschutz (z. B. manchmal auch in Leistungs-MOSFET)
  • Sensoren zur Messung der Temperatur im Inneren eines Akkumulators, der Wicklung eines Transformators oder eines Elektromotors
  • Sensoren zur Messung der Umgebungstemperatur in Mobiltelefonen oder Multimetern.
Wiktionary: Temperatursensor – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

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  1. Miklos Herpy, Analoge integrierte Schaltungen, 1976, Franzis, S. 58
  2. Datenblatt LMx34, Texas Instruments, abgerufen am 10. Mai 2023
  3. Datenblatt AD592
  4. Datenblatt LM335
  5. Datenblatt AD7314
  6. Anwendung DS18B20
  7. Datenblatt DS18B20
  8. Bernd Neubig: Miniatur Quarztemperatursensoren für hochauflösende Temperaturmessungen, in hf-praxis 4/2016, abgerufen am 12. Mai 2023