Messtechnik von Temperatursensoren

Die Widerstandsmessung

Bei der der Widerstandsmessung wird die Temperatur in Abhängigkeit des Widerstandes ermittelt. Hierbei wird die Eigenschaft von Metallen genutzt, die ihren Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur verändern. So hat z.B. ein Sensorelement (Pt100) aus Platin bei 0 °C einen Widerstand von 100 Ω. Ändert sich die Temperatur, so ändert sich der Widerstand.

Dünnfilm-Bauweise

Das RTD(Widerstands)-Element wird mit einem dünnen Leiterfilm verbunden, um die thermische Masse der Anschlussdrähte zu verringern. Ein spezieller Träger positioniert das RTD-Element exakt und drückt es mit gleichbleibender Kraft gegen die innere Mantelwand. So entsteht ein direkter und kontrollierter Kontakt zwischen RTD-Element und Prozessmedium. Das Ergebnis ist eine sehr schnelle und reproduzierbare Ansprechzeit.

Zu den ifm-Geräten mit Dünnfilm-Bauweise gehören die Produktfamilien TC1, TN, TR, TA-Industrie, TK, TV, TT und TM.

Bei Marktbegleitern ist das Messelement häufig in der Spitze des Mantelrohrs vergossen. Die Vergussmasse wirkt wie ein Isolierkörper, der die Wärmeübertragung an das RTD-Element verlangsamt.

Metallgebundene Bauweise

Bei dieser Bauform wird das RTD-Element direkt mit der verkupferten Innenwand der Sondenspitze metallisch verbunden. Dies bewirkt eine sehr geringe thermische Masse und somit eine optimale Wärmeübertragung. Im Vergleich zu unserer bereits reaktionsstarken Dünnfilm-Bauweise bedeutet dies doppelt so schnelle Reaktionsgeschwindigkeiten.
Die Metallverbundbauweise eignet sich hervorragend für Prozesse, die eine schnelle Reaktionsgeschwindigkeit und eine exakte Temperaturmessung erfordern. Das können UHT-, und HTST-Pasteurisierungsprozesse sowie SIP-Prozesse sein.

Die Produktfamilien TC2, TA1 und TA2 für Lebensmitte- und Hygieneanforderungen verfügen über eine metallgebundene Bauweise.

Der Clamp On Temperatursensor TSM wurde unter sorgfältiger Berücksichtigung des Einflusses der Umgebungstemperatur auf oberflächenmontierte Sensoren entwickelt und basiert ebenfalls auf der metallgebundenen Bauweise.

Zur Widerstandsmessung werden Halbleitermaterialien eingesetzt werden. Diese zeichnen sich durch eine starke Widerstandsänderung bei kleiner Temperaturänderung aus, was eine hohe Auflösung über den Temperaturbereich ermöglicht. Temperaturabhängige Halbleitermaterialien werden nach Temperaturkoeffizienten unterschieden: PTC (Positive Temperature Coefficient) und NTC (Negative Temperature Coefficient).

Die Sensoren der TCC-Familie nutzen diese Messtechnik. Sie verfügen über zwei Sensorelemente, die sich selbst überprüfen und bei einer Signaldrift eine entsprechende Warnung ausgeben. Der Widerstand des PTC-Elements (Positive Temperature Coefficient) erhöht sich mit steigender Temperatur. Der Widerstand des NTC-Elements (Negative Temperature Coefficient) sinkt mit steigender Temperatur. Da PTC- und NTC-Element gegenläufig auf Temperaturänderungen reagieren, misst der Mikroprozessor die Differenz der ausgewerteten Temperatur und warnt den Anwender bei einer Drift.

Infrarot-Temperatursensoren, auch Pyrometer genannt, erfassen die vom Objekt abgestrahlte Menge an Infrarot-Strahlung. Eine Linse bündelt die Strahlung und leitet sie auf einen Detektor, der die Energie in ein elektrisches Signal umwandelt. Diese Technologie ermöglicht berührungslose Temperaturmessungen.

Infrarotsensoren eignen sich hervorragend für die Temperaturmessung von heißen oder kalten Objekten sowie für das Prüfen auf Vorhandensein sehr heißer Objekte (bis zu 2500 °C). Dies ist vor allem in Stahlwerken oder Glashüttenwerken von Vorteil, da dort herkömmliche Inline-Sensorik an Ihre Grenzen stoßen würde.

Generell strahlen Objekte mit einer Temperatur über -273°C (0K) Infrarotenergie ab. Die Fähigkeit des Objekts, Energie zu emittieren, wird als Emissionsgrad (ε) bezeichnet. Faktoren, wie Material und Oberflächenbeschaffenheit, beeinflussen den Emissionsgrad des Objektes.

Informationen zum Emissionsgrad können der folgenden Tabelle entnommen werden, allerdings können die Werte in der Praxis variieren.