Vor- und Nachteile verschiedener Temperatursensoren

In vielen technologischen Prozessen ist die Temperatur eine der wichtigsten physikalischen Größen. In der Industrie werden Temperatursensoren zur Messung eingesetzt. Diese Sensoren wandeln Temperaturinformationen in ein elektrisches Signal um, das dann von der Elektronik und Automatisierung verarbeitet und interpretiert wird. Dadurch wird der Temperaturwert entweder einfach auf dem Display angezeigt oder dient als Grundlage für die automatische Änderung der Betriebsart des einen oder anderen Geräts.

Auf die eine oder andere Weise sind Temperatursensoren heute vor allem in der Industrie unverzichtbar. Und es ist wichtig, den richtigen Sensor für Ihren Zweck auszuwählen und die Unterscheidungsmerkmale der verschiedenen Arten von Temperatursensoren genau zu verstehen. Darüber reden wir später.

Unterschiedliche Sensoren für unterschiedliche Zwecke

Technologisch werden Temperatursensoren in zwei große Gruppen eingeteilt: berührende und berührungslose. Berührungslose Sensoren nutzen bei ihrer Arbeit das Prinzip der Messung Infrarot-Parametervon einer entfernten Oberfläche kommend.

Kontaktsensoren hingegen, die auf dem Markt weiter verbreitet sind, unterscheiden sich dadurch, dass ihr Sensorelement bei der Temperaturmessung in direktem Kontakt mit der Oberfläche oder dem Medium steht, dessen Temperatur gemessen werden soll. Daher ist es am sinnvollsten, die Kontaktsensoren im Detail zu untersuchen, ihre Typen und Eigenschaften zu vergleichen und die Vor- und Nachteile verschiedener Arten von Temperatursensoren zu bewerten.

Bei der Auswahl eines Temperatursensors muss zunächst festgelegt werden, wie die Temperatur gemessen werden soll. Der Infrarotsensor kann die Temperatur in einiger Entfernung von der Oberfläche messen. Daher ist es von grundlegender Bedeutung, dass zwischen dem Sensor und der Oberfläche, auf die er gerichtet wird, die Atmosphäre so transparent und sauber wie möglich ist, andernfalls die Temperatur Daten werden verzerrt (siehe - Berührungslose Temperaturmessung während des Gerätebetriebs).

Mit dem Kontaktsensor können Sie die Temperatur der Oberfläche oder der Umgebung, mit der sie in Kontakt kommt, direkt messen, sodass die Sauberkeit der umgebenden Atmosphäre im Allgemeinen keine Rolle spielt. Dabei ist ein direkter und qualitativ hochwertiger Kontakt zwischen Sensor und Prüfgut entscheidend.

Eine Kontaktsonde kann mit einer von mehreren Technologien hergestellt werden: Thermistor, Widerstandsthermometer oder Thermoelement. Jede Technologie hat ihre Vor- und Nachteile.

Der Thermistor ist sehr empfindlich, preislich liegt er in der Mitte zwischen Thermoelementen und Widerstandsthermometern, unterscheidet sich jedoch nicht in Genauigkeit und Linearität.

Das Thermoelement ist teurer, es reagiert schneller auf Temperaturänderungen, die Messungen sind linearer als beim Thermistor, aber die Genauigkeit und Empfindlichkeit sind nicht hoch.

Das Widerstandsthermometer ist das genaueste der drei, es ist linear, aber weniger empfindlich, obwohl es preislich günstiger als das Thermoelement ist.

Darüber hinaus sollte bei der Auswahl eines Sensors auf den Bereich der gemessenen Temperaturen geachtet werden, bei Thermoelementen und Widerstandsthermometern kommt es auf das Material des verwendeten empfindlichen Elements an. Man muss also einen Kompromiss finden.

Thermoelement

Temperatursensoren Thermoelement Arbeit dank Seebekov-Effekt… Zwei Drähte aus unterschiedlichen Metallen sind an einem Ende angelötet – das ist die sogenannte heiße Verbindungsstelle eines Thermoelements, die der gemessenen Temperatur ausgesetzt ist. Auf der gegenüberliegenden Seite der Drähte ändert sich die Temperatur ihrer Enden nicht, an dieser Stelle ist ein empfindliches Voltmeter angeschlossen.

Die von einem Voltmeter gemessene Spannung hängt von der Temperaturdifferenz zwischen der heißen Verbindungsstelle und den an das Voltmeter angeschlossenen Drähten ab. Thermoelemente unterscheiden sich in den Metallen, die ihre heißen Verbindungsstellen bilden, was den Bereich der gemessenen Temperaturen für einen bestimmten Thermoelementsensor bestimmt.

Nachfolgend finden Sie eine Tabelle der verschiedenen Sensortypen dieser Sorte. Die Auswahl des Sensortyps richtet sich nach dem erforderlichen Temperaturbereich und der Beschaffenheit der Umgebung.

Sensoren vom Typ E eignen sich für den Einsatz in oxidierenden oder inerten Umgebungen. Typ J – für den Betrieb in Vakuum, inerten oder reduzierenden Umgebungen. Typ K – geeignet für oxidierende oder neutrale Umgebungen. Typ N – hat eine längere Lebensdauer im Vergleich zu Typ K.

T-Typ-Sensoren sind korrosionsbeständig und können daher in feuchten, oxidierenden, reduzierenden, inerten Umgebungen sowie im Vakuum eingesetzt werden. Die Typen R (Industrie) und S (Labor) sind Hochtemperatursensoren, die durch spezielle Keramikisolatoren oder nichtmetallische Rohre geschützt werden müssen. Bei Typ B ist die Temperatur noch höher als bei den Typen R und S.

Die Vorteile von Thermoelementsensoren liegen in der Stabilität ihrer Betriebsparameter bei hohen Temperaturen und der relativen Reaktionsgeschwindigkeit auf Änderungen der Heißstellentemperatur. Sensoren dieses Typs werden in einer breiten Palette verfügbarer Durchmesser angeboten. Sie haben einen niedrigen Preis.

Was die Nachteile betrifft, zeichnen sich Thermoelemente durch eine geringe Genauigkeit aus, haben eine extrem niedrige Messspannung und außerdem erfordern diese Sensoren immer Kompensationsschaltungen.

Widerstandsthermometer

Widerstandsthermometer oder Rheostat-Temperatursensor wird als RTD abgekürzt. Es funktioniert nach dem Prinzip, dass sich der Widerstand des Metalls abhängig von der Temperaturänderung ändert. Verwendete Metalle: Platin (von -200 °C bis +600 °C), Nickel (von -60 °C bis +180 °C), Kupfer (von -190 °C bis +150 °C), Wolfram (von -100 °C). °C bis +1400 °C) – abhängig vom benötigten Messtemperaturbereich.

Platin wird häufiger als andere Metalle in Widerstandsthermometern verwendet, was einen relativ großen Temperaturbereich bietet und die Auswahl von Sensoren mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten ermöglicht. Der Pt100-Sensor hat also einen Widerstand von 100 Ohm bei 0 °C und der Pt1000-Sensor hat bei derselben Temperatur einen Widerstand von 1 kOhm, d. h. er ist empfindlicher und ermöglicht eine genauere Messung der Temperatur.

Im Vergleich zum Thermoelement weist das Widerstandsthermometer eine höhere Genauigkeit auf, seine Parameter sind stabiler und der Bereich der gemessenen Temperaturen ist größer. Allerdings ist die Empfindlichkeit geringer und die Ansprechzeit länger als bei Thermoelementen.

Thermistoren

Eine andere Art von Kontakttemperatursensoren – Thermistoren… Sie verwenden Metalloxide, die ihren Widerstand je nach Temperatur deutlich verändern können. Es gibt zwei Arten von Thermistoren: PTC – PTC und NTC – NTC.

Im ersten Fall nimmt der Widerstand mit zunehmender Temperatur in einem bestimmten Betriebsbereich zu, im zweiten Fall nimmt der Widerstand mit zunehmender Temperatur ab. Thermistoren zeichnen sich durch eine schnellere Reaktion auf Temperaturänderungen und niedrige Kosten aus, sind jedoch recht zerbrechlich und haben einen engeren Betriebstemperaturbereich als die gleichen Widerstandsthermometer und Thermoelemente.

Infrarotsensoren

Wie am Anfang des Artikels erwähnt, interpretieren Infrarotsensoren die Infrarotstrahlung, die von einer entfernten Oberfläche – einem Ziel – ausgeht. Ihr Vorteil besteht darin, dass die Temperaturmessung berührungslos erfolgt, das heißt, es ist nicht erforderlich, den Sensor fest an das Objekt zu drücken oder ihn in die Umgebung einzutauchen.

Sie reagieren sehr schnell auf Temperaturänderungen und eignen sich daher zur Untersuchung der Oberflächen auch von bewegten Objekten, beispielsweise auf einem Förderband. Nur mit Hilfe von Infrarotsensoren ist es möglich, die Temperatur von beispielsweise auf einem Förderband befindlichen Proben zu messen. direkt in einem Ofen oder in einer aggressiven Zone.

Zu den Nachteilen von Infrarotsensoren gehört ihre Empfindlichkeit gegenüber dem Zustand der wärmeabgebenden Oberfläche sowie gegenüber der Sauberkeit ihrer eigenen Optik und der Atmosphäre im Weg zwischen Sensor und Ziel. Staub und Rauch beeinträchtigen die genaue Messung erheblich.