Temperaturmessung

RTD - Resistance temperature detector

Funktion: Durch Erhöhung der Temperatur beginnt das Metallgitter zu schwingen und der Elektronentransport wird gehindert. Es steigt der Widerstand bei steigender Temperatur

Widerstandsänderung messbar -> Temperatur bestimmen

Platin-Thermometer

PT-100: 100 Ohm bei Nenntemperatur 0 °C

Einsatzbereich von -200 °C bis 850 °C

Lineare Widerstandsänderung

-> Messung mit Konstantstromquelle oder Brückenschaltung

-> Eigenerwärmung des Sensors betrachten (kleine Messströme, gepulster Betrieb nötig!)

-> Spannungsabfall an Zuleitungen beachten (zB 4-Leiter Messtechnik)

PTC = positive temperature coefficient

Funktion: Bei steigender Temperatur steigt der Widerstand exponentiell an

Anwendung: Einsatz als Sicherung

Hohe Empfindlichkeit, Eingeschränkter Temperaturbereich

NTC: negative temperature coefficient

Funktion: Mit steigender Temperatur sinkt der Widerstand.

Hohe Empfindlichkeit, sporadische Widerstandsänderungen nach Produktion möglich

Seeback Effekt: Temperaturgradient an einem metallischen Leiter hat eine Spannung am Leiter zur Folge.

-> Es werden zwei verschiedene Metalle verwendet, dadurch kann die Temperaturdifferenz gemessen werden. Die Wahl der Materialien is wichtig, da sich diese stark auswirken.

—> Messung einer Temperaturdifferenz zwischen Messpunkt und Vergleichsstelle

-> Themostat

-> Analoge Kompensation. Spannungsausgleicher

-> Digitale Kompensation durch Messung der Vergleichstemperatur

—> Messung sehr kleiner Spannungen, weswegen geeignete Verstärkerschaltungen benötigt werden.

-> Nutzung der Temperaturabhängigkeit einer Diode oder Basis-Emitter Strecke

-> Streng linearer Zusammenhang zwischen Temperatur und Spannung bei eingeprägtem Strom

-> Sensor und Verstärker können in einem Bauteil kombiniert weren (on chip Temperaturmessung)

-> Je nach Schnittwinkel bei der Herstellung von Quarzplättchen ergeben sich verschiedene Temperaturkoeffizienten

-> Für Quarztemperatursensoren möchte man einen möglichst hohen Temperaturkoeffizienten erreichen

Messchaltung:

-> Quarz als frequenzbestimmendes Bauteil in Oszillatorschaltung

-> Hochaufgelöste Frequenzmessung gut realisierbar

Das Thermometer zeigt die eigene Temperatur an:

-> Einbauort berücksichtigen

-> Dynamik des Thermometers

-> Rückwirkung des Thermometers auf das Medium

Auswahl des Temperatursensors anhand des Temperatureinsatzbereiches und der gewünschten Empfindlichkeit

Funnktion: Schwarze Membran absorbiert Temperaturstrahlung -> Membran erwärmt sich -> Temperaturmessung der Membran

Thermospannung -> Thermokette, Thermosäule

Widerstandsänderung -> Bolometer

Änderung der el. Polarisation -> Pyroelektrischer Temperatursensor

Funktion: Membran absorbiert Wärmestrahlung. Mehrere Thermoelemente in Reihe messen die Temperaturdifferenz zwischen warmen Messpunkt und kaltem Substrat.

-> erhöhte Empfindlichkeit

Funktion: Auf einer Trägerfolie wird eine dünne Widerstandsschicht aufgetragen. Temperaturerhöhung führt zur Widerstandsänderung. Die Änderung ist ein Maß für die absorbierte Strahlungsleistung.

-> Miniaurisierung des Bolometers und Anordnung als Array -> Thermokamera

wichtige Aspekte:

-> Emissionskoeffizienten des Messobjekt

-> Absorption der Atmosphäre

-> Reflektierte Strahlung von weiteren Wärmestrahlern

-> Polarisation von bestimmten Materialien bei Temperaturänderung, an der Oberfläche werden Ladungen frei

-> Sensor liefert primär Ladung und führt zu einer Spannung an der Sensorkapazität

-> Messung hängt vom Emissionsgrad des Messobjekts ab

-> Messung von Stör-Temperaturstrahlung

-> Kein physikalischer Kontakt mit Messobjekt

-> Keine Rückwirkung auf das Messobjekt

-> Hohe Temperaturen möglich

-> Messung an schwer zugänglichen Stellen möglich

-> Messung bewegter Teile

-> bessere Dynamik

-> höhere Genauigkeit