Temperaturfühler

In der Steuer-, Mess- und Regel-Technik ist es oftmals unumgänglich Temperaturen exakt zu erfassen. Nur so ist gewährleistet, dass Maschinen, Anlagen und sonstige technischen Einrichtungen störungsfrei arbeiten. Aber auch bei der Herstellung und Verarbeitung von Lebensmitteln spielen Temperaturmessungen eine wichtige Rolle. Schliesslich müssen in diesem Bereich umfangreiche Hygienevorschriften unbedingt eingehalten werden.

So vielfältig die Anforderungen für die Temperaturerfassung auch sind, genauso vielfältig sind auch die angebotenen Lösungen. Besonders bei den Temperaturfühlern bzw. Temperatursensoren gibt es wichtige Punkte zu beachten, die wir Ihnen gerne genauer erklären.

Bei der Temperatur handelt es sich um eine physikalische Grösse. Um sie elektronisch erfassen zu können, muss die physikalische Grösse in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Zu diesem Zweck kommen Temperaturfühler zur Anwendung.

Ein Temperaturfühler liefert ein elektrisches Signal, welches im direkten Zusammenhang zur gemessenen Temperatur steht.

Damit die Messtechnik zuverlässig funktioniert, muss der Temperaturfühler für den jeweiligen Temperaturbereich ausgelegt sein. Aber auch die Bauform des Fühlers ist wichtig. Die wiederum ist davon abhängig, ob in Gas, Flüssigkeiten, Schüttgütern oder dampfförmigen Medien gemessen wird. Die korrekte Erfassung von Oberflächen-, Körper- und Materialtemperaturen setzt ebenfalls besondere Bauformen der Temperatursensoren voraus.

Um alle erdenklichen Einsatzanforderungen optimal zu erfüllen, gibt es die unterschiedlichsten Temperatursensoren, die wir nachfolgend genauer betrachten. 

Kaltleiter (PTC)

Ein Kaltleiter vergrössert seinen elektrischen Widerstand, wenn die Temperatur erhöht wird. Klassische Vertreter sind z.B. Platin-Messwiderstände vom Typ PT100 oder PT1000.

Diese Widerstände weisen bei 0°C einen Widerstandswert von 100 oder 1000 Ohm auf. Der angegebene Temperatur-Messbereich liegt bei ca. -200°C bis +850°C.

Allerdings werden in der Praxis keine so hohen Werte erreicht. Die genauen Grenzwerte laut DIN EN Norm sind auch von der Genauigkeit des Messwiderstands abhängig und den technischen Unterlagen des Sensors zu entnehmen.

Alternativ zu den Platin-Messwiderständen gibt es noch Silizium-Messwiderstände mit der Typenbezeichnung KTY…. Diese werden im Bereich von -50 °C und 150 °C eingesetzt.

Sie bieten aufgrund ihrer geringen Masse ein schnelles Ansprechverhalten, eine geringe Toleranz sowie eine hohe Langzeitstabilität. 

Diese Temperatursensoren werden auch als Thermoelemente bezeichnet. Bei einem Thermoelement werden zwei unterschiedliche Metalle bzw. Legierungen auf einer Seite miteinander verbunden. Wenn beide Metalle über ihre komplette Länge einem Temperaturunterschied ausgesetzt sind, kann an den offenen Enden der beiden Metalle eine geringe elektrische Spannung gemessen werden.

Die Höhe dieser Thermospannung liegt je nach gemessener Temperatur im Bereich von einigen mV (1/1000 V) und ist von der verwendeten Materialkombination abhängig.

Dieser thermoelektrische Effekt wird nach seinem Entdecker Thomas Johan  Seebeck auch Seebeck-Effekt genannt.

Thermoelement-Metalle (1 und 3), Verbindungspunkt und Messstelle (2),  Vergleichsstelle (4), Spannungsmessung (5). Thermo-/Ausgleichsleichsleitungen (6).

Wenn ein defekter Fühler ausgetauscht werden soll, muss genau feststehen, um welchen Fühlertyp es sich handelt. Die einzelnen Fühlertypen wie z.B. PT100, PT1000, KTY, NTC oder Thermoelementen sind untereinander nicht kompatibel. Deshalb muss in den technischen Daten des jeweiligen Systems nachgeschlagen werden, welcher Fühlertyp verbaut wurde. Im Zweifelsfall sollte der Hersteller der Maschine oder der Anlage kontaktiert werden.

Wenn der exakte Fühlertyp feststeht, muss die mechanische Adaption getestet werden. Nur wenn sich der Temperatursensor am Montageort vorschriftsmässig anbringen lässt, kann auch die Temperatur richtig erfasst werden. Ansonsten kann es bei Maschinen und Anlage leicht zu Fehlfunktionen kommen.

Wenn eine Temperaturmessung oder auch eine Temperaturregelung realisiert werden soll, müssen der Temperatursensor und die Auswerteeinheit perfekt zusammen passen.

Aus diesem Grund wird z.B. bei Temperaturreglern immer genau angegeben, für welche Art von Temperaturfühler sie ausgelegt sind.