Sensoren für Temperatur, Feuchte und Gaskonzentrationen

Kompendium Messtechnik und Sensorik, Teil 10

Jörg Böttcher

• Verlag: Books on Demand
• Jahr: 2019
• eBook-ISBN: 9783749471720
• Auflage: 1
• Thema: Technology & Engineering
• Thema: Electrical Engineering & Telecommunications

Das E-Book behandelt in kompakter Form Aufbau und Funktion von Sensoren für das Messen von Temperaturen, Feuchten und Gaskonzentrationen in folgenden Abschnitten: - Temperatursensoren- Pyrometer- Feuchtesensoren- GassensorenAußerdem ist ein Verzeichnis mit in der Messtechnik und Sensorik häufig verwendeten Abkürzungen enthalten.Es stellt den Teil 10 des Kompendiums Messtechnik und Sensorik dar. Das Kompendium versteht sich als Grundlagenüberblick zwischen rein akademischer Theorie und ausschließlich gerätebezogener Anwendungspraxis. Es möchte auf effiziente Art das notwendige Basis-Know-how vermitteln, um messtechnische Aufgabenstellungen auf einer fundierten Grundlage selbständig anzugehen. Es wendet sich einerseits an im Beruf stehende Ingenieure, Techniker und Naturwissenschaftler, die messtechnische Systeme einsetzen. Andererseits an Studierende und Lehrende in technischen Bachelor- und Masterstudiengängen bzw. an Techniker- und Meisterschulen.Zu den Kompendiumsinhalten ist ein Multiple Choice-Test unter www.messtechnik-und-sensorik.org frei verfügbar. Wer diesen besteht, kann ein vom Autor Prof. Dr.-Ing. Jörg Böttcher unterzeichnetes Fortbildungszertifikat gegen eine zusätzliche Gebühr erwerben.

Sensoren für Temperatur, Feuchte und Gaskonzentrationen

Rein von der installierten Stückzahl her gesehen, stellen Temperatursensoren die am häufigsten eingesetzte Sensorart dar. Bei fast allen automatisierten technischen Systemen im industriellen wie auch Consumer-Umfeld muss die Temperatur für Überwachungs- oder Regelungszwecke gemessen werden. Deshalb müssen wir uns auch mit diesen meist eher einfach aufgebauten Sensoren beschäftigen.

Temperaturen werden in Medien beliebigen Aggregatszustands gemessen. Speziell bei der Messung in Luft ist mitunter eine weitere Messgröße, die Luftfeuchte, von Interesse. Hierzu werden wir den dominierenden Sensortyp ebenfalls beleuchten. Abschließend wollen wir noch in Form eines kurzen Überblicks Sensorprinzipien für die Messung von Gaskonzentrationen in der Luft betrachten.

Temperatursensoren

Die meisten Temperatursensoren arbeiten thermoresistiv, d.h. sie ändern ihren ohmschen Widerstand in Abhängigkeit der Temperatur. Den typischen Kennlinienverlauf der drei gebräuchlichsten Sensorarten hierbei zeigt Bild 1.

Die links aufgeführte Kennlinie gehört zu sog. Metallwiderstandsthermometern. Sie basieren auf dem mit steigender Temperatur größer werdenden Widerstand aller Metalle. Dies hängt mit der steigenden Anzahl an Elektronenzusammenstößen ab, die aus den bei höherer Temperatur ausgeprägteren Schwingungen der Elektronen resultieren. Deren mittlere Beweglichkeit nimmt hierbei ab. Aufgrund der starken Verbreitung derartiger Sensoren wurden vor längerer Zeit bereits die relevanten Typen international standardisiert. Der am häufigsten eingesetzte Typ ist der sog. Pt-100. „Pt“ steht für Platin als Baumaterial; „100“ besagt, dass er bei 0 °C exakt 100 Ω besitzt. Mit steigender Temperatur nimmt der Widerstand in sehr guter Näherung linear zu. Andere verbreitete Typen sind Pt-1000 und Ni-100. In den entsprechenden internationalen Normen finden sich die exakten, nichtlinearen Kennlinien, die man typischerweise für Auswertungen in nachgeordneter Messelektronik bzw. Software heranzieht. Für Platin-basierte Temperatursensoren ist dies die IEC 60751 (bzw. EN 60751 als europäisches Pendant). Die Domäne des Pt-100 ist der Einsatz als installationsfertiger Sensor im Maschinenbau sowie in verfahrenstechnischen Anlagen.

Bild 1: Kennlinien resistiver Temperatursensoren

Die mittlere Kennlinie im Bild entstammt einem sog. Heißleiter. Er ist auch unter der Abkürzung NTC (Negative Temperature Coefficient) bekannt, was bereits den abfallenden Kennlinienverlauf andeutet. NTCs bestehen aus gesinterten und dotierten Metalloxiden. Wie bei allen Halbleitern vergrößert sich mit steigender Temperatur die Anzahl der freien Ladungsträger, was sich in einem fallenden Widerstand ausdrückt. Der Zusammenhang ist exponentiell. NTCs werden sehr häufig als elektronisches Bauelement direkt auf der Elektronikplatine verbaut und finden sich dabei z.B. in Stückzahlanwendungen im Consumer- und Automotive-Bereich. Der genaue Kennlinienverlauf ist typspezifisch. Es werden übrigens auch PTCs (Positive Temperature Coeffici...

Inhaltsverzeichnis

• Vorwort
• Sensoren für Temperatur, Feuchte und Gaskonzentrationen
• Abkürzungen aus der Messtechnik und Sensorik
• So geht es weiter
• Multiple Choice-Test und Fortbildungszertifikat
• Impressum