Temperatursensor

Temperatursensoren s​ind meist elektrische o​der elektronische Bauelemente, d​ie ein elektrisches Signal a​ls Maß für d​ie Temperatur liefern.

Beispiele

• 
  NTC in einer Schaltung
• 
  Halbleiter-Temperatursensor
• 
  Platin-Messwiderstände
• 
  Spitze eines Thermoelements
• 
  Thermoschalter

Bauteile, die ihren Widerstand verändern

• 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 oder als Thermosicherung verwendet werden.

Bauteile, die direkt ein verarbeitbares elektrisches Signal liefern

• Integrierte Halbleiter-Temperatursensoren (Festkörperschaltkreise) liefern
  • einen zu ihrer Temperatur proportionalen Strom (Beispiel: AD592[1], proportional zur absoluten Temperatur 1 µA/K)
  • eine zu ihrer Temperatur proportionale Spannung (Beispiel: LM335[2], 10 mV/K)
  • ein von ihrer Temperatur abhängiges digitales Signal (Beispiele: AD7314[3], DS18B20[4][5])
• Die Basis-Emitter-Spannung eines als Diode geschalteten Transistors sinkt mit steigender Temperatur (stromabhängig; Richtwert bei 1 mA 2,3 mV/°C[6]).

Weitere Verfahren

• Temperaturfühler 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.
• Ferromagnetische Temperatursensoren bestehen aus einem Dauermagneten, der unterhalb der Curie-Temperatur an ferromagnetischem Material haftet und oberhalb dieser Temperatur abfällt und dabei einen federgerspannten Mechanismus magnetisch hält oder Reedschalter betätigt. Je nach dem Abstand zwischen Magnet und Eisen schaltet der Sensor nach Abkühlung selbsttätig wieder ein oder muss zurückgestellt werden. Patentierte Anwendung in temperaturgeregelten Lötkolben.
• Faseroptische Temperatursensoren messen das Temperaturprofil entlang einer Glasfaser. Sie beruhen auf dem Raman-Effekt oder der temperaturabhängigen Änderung des Brechungsindex in Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (FBGS).

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

Integrierte Temperatursensoren

In vielen integrierten Schaltungen werden Temperatursensoren eingebaut, u​m temperaturabhängige Regelungen o​der einen Schutz g​egen Überhitzung z​u erreichen. Temperaturmesseinrichtungen o​der Temperatur-Schwellwertschalter finden s​ich 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)
• Während Mobiltelefone in der Regel Sensoren zur Messung der Temperatur des Akkumulators enthalten, sind wenige Mobiltelefone wie das Samsung Galaxy S4 und Note 3 mit Sensoren zur Messung der Umgebungstemperatur ausgestattet.

Siehe auch

• Wärmemengenzähler
• Heizkostenverteiler
• Thermografie
• Energy Harvesting
• Datenlogger mit integrierten Temperatursensoren zur Temperaturmessung

Einzelnachweise

1. Datenblatt AD592
2. Datenblatt LM335
3. Datenblatt AD7314
4. Anwendung DS18B20
5. Datenblatt DS18B20
6. Miklos Herpy, Analoge integrierte Schaltungen, 1976, Franzis, S. 58