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Heute geht es um den Bereich Temperaturmessung. Jeder kennt dies von zu Hause, z. B. das Thermometer draußen im Garten, die digitale Wetterstation im Wohnzimmer oder das Bratenthermometer in der gut ausgestatten Küche. Auch in vielen Geräten, die wir im Alltag benutzen, sind Sensoren zur Temperaturmessung verbaut: Im Backofen, in der Spül- oder Waschmaschine, im eigenen Auto. Die Temperatur wird dabei durch unterschiedliche Typen von Temperatursensoren oder -fühlern gemessen, die je nach Einsatzzweck – hauptsächlich den Temperaturbereichen – unterschiedliche Bau- und Funktionsweisen inne haben.Die gängigsten Temperaturfühler sind Thermoelemente und Sensoren, die Temperaturen auf Basis von elektrischem Widerstand messen. Letztere unterscheiden sich nochmals in Thermistoren und Widerstandsthermometer (auch abgekürzt als RTD).

Eigenschaften der verschiedenen Sensoren

Thermoelemente werden hauptsächlich bei Temperaturen zwischen -200 und +1250 °C eingesetzt und führen eine vergleichende Messung aus. Dazu verfügt das Thermoelement über eine Messstelle und eine Vergleichstelle, mithilfe derer eine Thermospannung ermittelt wird. Diese Thermospannung stellt die Differenz zwischen dein beiden Messpunkten dar. Nun muss nur vom Wert der Messtelle mithilfe des Differenzwertes die absolute, gemessene Temperatur berechnet werden – also Summe aus Wert der Messstelle und dem Differenzwert.

RTDs oder Widerstandsthermoter und Thermistoren sind sich zwar sehr ähnlich in der Funktionsweise, unterscheiden sich aber dennoch in ihren Eigenschaften. RTDs bestehen zum Beispiel aus reinen Metallen (häufig Platin), sind daher teurer und werden dadurch auch eher in industriellen Bereichen eingesetzt. Gerade für den industriellen Einsatz ist es von Vorteil, dass RTDs in höheren Temperaturbereichen (bis zu 600 °C) arbeiten können und auch von der Bauart her stabiler sind.

Thermistoren, hingegen bestehen aus Metalloxidmischungen oder Halbleitern und haben mitunter eine höhere Genauigkeit als RTDs. Da sie auch mit längeren Anschlusskabeln umgehen und nur niederigere Temperaturbereiche bis 250 °C (die Temperatur, die manche Backöfen gerade noch so schaffen) abdecken können, werden sie eher im alltäglichen Gebrauch verwendet. Häufig finden Thermistoren Anwendung in Laboren, wo Sensoren in Kühl- oder Gefrierschränke über ein entsprechend langes Kabel eingeführt werden.

Funktionsweise von RTDs und Thermistoren

Die Sensoren, die wir im Shop zur Temperaturmessung anbieten, lassen sich hauptsächlich in diese beiden Kategorien aufteilen. Wenn man hier in die elektrotechnische Betrachtung geht, dann sieht es so aus:

RTDs sind sogenannte Kaltleiter (PTC) und erhöhen Ihren elektrischen Widerstand bei Temperaturerhöhung. Werden Platinmesswiderstände wie pt100 oder pt1000 eingesetzt, dann ist der Widerstandsverlauf nahezu linear zur Temperatur. Pt100-Sensoren bieten wir z. B. für die Produkte von TinkerForge an: TinkerForge Temperaturfühler pt100 2-Leiter.
Thermistoren hingegen werden Heißleiter (NTC) genannt und verringern ihren elektrischen Widerstand bei Temperaturerhöhung. Da bei Heißleitern die Linearität ein Problem darstellt, können diese nur in eingeschränkteren Temperaturbereichen genutzt werden. Zu diesen Heißleitern, die auf Halbleitermaterial-Basis arbeiten, gehört z. B. folgender Sensor aus dem Hause HW group: HW group Sensor HTemp-1Wire 3m.

Um nun das Sensorsignal weiterleiten und auswerten zu können, wird ein Messumformer genutzt, der ein standardisiertes Signal erzeugt. Dies wären im Falle von HW group z. B. das STE oder das STE2. Auch mathematisch lässt sich die Änderung des Widerstands in Abhängigkeit zur Temperatur darstellen: ΔR = k * ΔT

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