Temperaturfühler

Temperaturfühler haben den Zweck, die Ist-Temperatur eines Mediums zu erfassen und in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Das kann auf unterschiedlichen Wegen erfolgen. In dem Zusammenhang werden widerstandsbasierte Sensoren in Form von RTDs und Thermistoren sowie Thermoelemente unterschieden.

Widerstandssensoren (RTDs)

Widerstandssensoren werden auch als Resistance Temperature Detectors, kurz RTDs bezeichnet. Sie bestehen aus reinem Metall (Platin, Nickel oder Kupfer) und zeichnen sich dadurch aus, dass sich ihr Widerstandswert linear mit der Temperatur ändert. Der Widerstand steigt mit zunehmender Temperatur, was bedeutet, dass der Strom bei niedrigen Temperaturen besser geleitet wird. Fachsprachlich spricht man von einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC = Positive Temperature Coefficient). RTDs decken im Vergleich zu Thermistoren einen größeren Temperaturbereich ab. Dünnschicht-RTDs sind in einem Bereich zwischen -50 °C und 500 °C einsetzbar, drahtgewickelte RTDs zwischen -200 °C und 850 °C.

Thermistoren

Thermistoren bestehen aus Verbundwerkstoffen auf Basis von Keramik, Polymeren oder Metalloxiden. Sie arbeiten ähnlich wie RTDs, haben aber sowohl positive als auch negative Temperaturkoeffizienten (NTC = Negative Temperature Coefficient). Unterschieden werden in dem Zusammenhang Heißleiter und Kaltleiter. Heißleiter leiten den Strom bei hohen Temperaturen am besten, das heißt, der Widerstand nimmt mit sinkender Temperatur zu. Kaltleiter haben dagegen bei niedrigen Temperaturen die beste Leitfähigkeit, dementsprechend steigt ihr elektrischer Widerstand mit zunehmender Temperatur. Im Vergleich zu RTDs sind Thermistoren kostengünstiger, ermöglichen sehr kleine Bauformen und reagieren schneller auf Temperaturänderungen, wodurch sie sich sehr gut für Anwendungen eignen, bei denen eine hohe Empfindlichkeit gefordert ist. Aufgrund ihrer Materialbeschaffenheit sind sie jedoch weniger robust und können in nicht ganz so breiten Temperaturbereichen eingesetzt werden. Da der Widerstandswert bei Thermistoren nur in einem sehr engen Bereich linear verläuft, ist der Messbereich eingeschränkt.

Thermoelemente

Thermoelektrische Sensoren, häufig als Thermoelemente bezeichnet, funktionieren anders als RTDs und Thermistoren. Sie bestehen aus zwei unterschiedlichen Metallen bzw. Legierungen, die auf einer Seite miteinander verbunden sind. Wenn beide Metalle über ihre komplette Länge einem Temperaturunterschied ausgesetzt sind, kann an den offenen Enden 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. Der thermoelektrische Effekt wird nach seinem Entdecker Thomas Johann Seebeck auch Seebeck-Effekt genannt.

Temperaturfühler unterscheiden sich nicht nur in der zugrundeliegenden Messtechnik, sondern auch in ihrer Bauweise. Es gibt eine ganze Reihe von Spezialausführungen, die auf ihre Messaufgabe und das jeweilige Medium optimiert sind. Hier ein Überblick über die gebräuchlichsten Temperatursensoren und ihre Einsatzgebiete:

Die Temperaturmessung spielt in technischen Prozessen und Einrichtungen eine entscheidende Rolle, dementsprechend sind die Anwendungen von Temperaturfühlern breit gefächert. Im Folgenden geben wir Ihnen einen Überblick über die gebräuchlichsten Einsatzgebiete und Aufgaben:

Damit Temperaturfühler genaue und verlässliche Messwerte liefern, sind eine regelmäßige Kalibrierung und Wartung entscheidend. Dabei gilt es auf folgendes zu achten:

Kalibrierintervalle

Eine Kalibrierung sollte in festgelegten Intervallen erfolgen. Wie oft Sie kalibrieren, hängt von den Anforderungen an die Messgenauigkeit und den Einsatzbedingungen ab. Bei Temperaturschwankungen, anspruchsvollen Umgebungsbedingungen oder kritischen Anwendungen, die strengen Auflagen unterliegen (bspw. Pharmaindustrie oder Lebensmittelproduktion), können häufigere Kalibrierungen nötig sein.

Kalibrierverfahren

Temperaturfühler können Sie bei einer oder mehreren Temperaturen kalibrieren. Mehrstufige Kalibrierungen bieten genauere Ergebnisse über einen breiteren Temperaturbereich. Zum Vergleich können Sie ein hochpräzises Referenzthermometer heranziehen.

Wartungsprozess

Eine regelmäßige Wartung ist wichtig, um die Funktionalität eines Temperaturfühlers möglichst lange zu erhalten. Sie beginnt mit einer Sichtprüfung, bei der Sie den Fühler äußerlich auf Beschädigungen, Schmutz und Korrosionserscheinungen untersuchen. Anschließend testen Sie die elektrischen Anschlüsse und Verbindungen. Vergleichsmessungen mit einem Referenzgerät helfen dabei, Abweichungen festzustellen, die eventuell eine Kalibrierung erfordern.  

Beim Kauf von Temperaturfühlern sind mehrere Kriterien zu berücksichtigen.