Um zuverlässige Temperaturmessungen durchzuführen, ist der erste Schritt die Auswahl des richtigen Temperaturmessgeräts, auch Temperatursensor genannt. Thermoelemente, Thermistoren, Platin-Widerstandsthermometer (RTDs) und Temperatur-ICs gehören zu den am häufigsten verwendeten Temperatursensoren in Tests.
Im Folgenden finden Sie eine Einführung in die Eigenschaften von Thermoelementen und Thermistoren.
Thermoelemente: Thermoelemente sind die am häufigsten verwendeten Temperatursensoren bei der Temperaturmessung. Ihre Hauptvorteile sind ein großer Temperaturbereich und die Anpassungsfähigkeit an verschiedene atmosphärische Umgebungen. Sie sind außerdem robust, kostengünstig, benötigen keine Stromversorgung und sind die günstigste Variante. Ein Thermoelement besteht aus zwei verschiedenen Metalldrähten (Metall A und Metall B), die an einem Ende verbunden sind. Wenn ein Ende des Thermoelements erhitzt wird, entsteht im Thermoelementkreis eine Potenzialdifferenz. Aus der gemessenen Potentialdifferenz kann die Temperatur berechnet werden.
Allerdings ist die Beziehung zwischen Spannung und Temperatur nicht-linear. Aufgrund dieser nicht-linearen Beziehung ist eine zweite Messung für eine Referenztemperatur (Tref) erforderlich. Die Spannungs--Temperaturumwandlung wird dann intern von der Software oder Hardware des Prüfgeräts verarbeitet, um schließlich die Thermoelementtemperatur (Tx) zu erhalten. Sowohl die Datenerfassungseinheiten Agilent 34970A als auch 34980A verfügen über integrierte-Mess- und Verarbeitungsfunktionen.
Kurz gesagt: Thermoelemente sind die einfachsten und vielseitigsten Temperatursensoren, sie eignen sich jedoch nicht für hochpräzise Messungen und Anwendungen.
Thermistoren hingegen verwenden Halbleitermaterialien und haben meist einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass ihr Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt. Temperaturänderungen verursachen große Widerstandsänderungen, was sie zu den empfindlichsten Temperatursensoren macht. Allerdings weisen Thermistoren eine extrem schlechte Linearität auf und sind stark vom Herstellungsprozess abhängig. Hersteller bieten keine standardisierten Thermistorprofile an.
Thermistoren sind sehr klein und reagieren schnell auf Temperaturänderungen. Sie benötigen jedoch eine Stromquelle und sind aufgrund ihrer geringen Größe äußerst empfindlich gegenüber Selbsterwärmungsfehlern.
Thermistoren messen die absolute Temperatur über zwei Drähte und bieten eine gute Genauigkeit. Sie sind jedoch teurer als Thermoelemente und ihr messbarer Temperaturbereich ist kleiner. Ein üblicherweise verwendeter Thermistor hat einen Widerstand von 5 kΩ bei 25 Grad, wobei eine Temperaturänderung von 1 Grad eine Widerstandsänderung von 200 Ω verursacht. Beachten Sie, dass der Leitungswiderstand von 10 Ω nur einen vernachlässigbaren Fehler von 0,05 Grad verursacht. Es ist ideal für Stromsteuerungsanwendungen, die eine schnelle und empfindliche Temperaturmessung erfordern. Seine geringe Größe ist für Anwendungen mit begrenztem Platz-von Vorteil, es müssen jedoch Fehler durch Eigenerwärmung verhindert werden.
Auch für Thermistoren gibt es eigene Messtechniken. Ihre geringe Größe ist ein Vorteil; Sie stabilisieren sich schnell und erzeugen keine thermische Belastung. Allerdings sind sie dadurch auch weniger robust und hohe Ströme können zu Selbsterwärmung führen. Da es sich bei einem Thermistor um ein Widerstandsgerät handelt, erzeugt jede Stromquelle aufgrund der Leistung Wärme. Die Leistung ist das Produkt aus dem Quadrat des Stroms und des Widerstands. Daher muss eine kleine Stromquelle verwendet werden. Hohe Hitzeeinwirkung führt zu dauerhaften Schäden am Thermistor.
Diese Einführung in zwei Arten von Temperaturmessgeräten soll Ihnen bei Ihrer Arbeit und Ihrem Studium hilfreich sein.