Sensoren, die auf dem Prinzip der Metallexpansion basieren
Metalle dehnen sich als Reaktion auf Änderungen der Umgebungstemperatur aus und Sensoren können diese Reaktion auf verschiedene Weise in Signale umwandeln.
Bimetallstreifensensoren: Bimetallstreifen bestehen aus zwei miteinander verbundenen Metallen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten. Bei Temperaturänderungen dehnt sich Material A stärker aus als das andere Metall, wodurch sich das Band verbiegt. Die Krümmung dieser Biegung kann in ein Ausgangssignal umgewandelt werden.
Bimetallische Stab- und Rohrsensoren: Mit zunehmender Temperatur nimmt die Länge des Metallrohrs (Material A) zu, während die Länge des sich nicht ausdehnenden Stahlstabs (Metall B) nicht zunimmt. Dadurch kann eine Längenausdehnung des Metallrohres aufgrund der Positionsänderung übertragen werden. Umgekehrt kann diese Längenausdehnung in ein Ausgangssignal umgewandelt werden.
Sensoren, die auf der Grundlage der Verformungskurven von Flüssigkeiten und Gasen entwickelt wurden: Flüssigkeiten und Gase unterliegen auch Volumenänderungen mit der Temperatur.
Verschiedene Strukturen können diese Ausdehnungsänderung in eine Positionsänderung umwandeln und so einen Positionsänderungsausgang erzeugen (Potentiometer, Messvorspannung, Leitbleche usw.).
Widerstandsmessung: Der Widerstand eines Metalls ändert sich mit der Temperatur.
Bei verschiedenen Metallen variiert die Widerstandsänderung mit jeder Temperaturänderung um Grad Celsius, und dieser Widerstandswert kann direkt als Ausgangssignal verwendet werden.
Es gibt zwei Arten von Widerstandsänderungen:
Positiver Temperaturkoeffizient: Temperaturanstieg=Widerstandsanstieg
Temperaturabfall=Widerstandsabfall
Negativer Temperaturkoeffizient: Temperaturanstieg=Widerstandsabnahme
Temperaturabfall=Widerstandsanstieg
Thermoelementerkennung
Ein Thermoelement besteht aus zwei Metalldrähten unterschiedlichen Materials, die an ihren Enden miteinander verschweißt sind. Durch Messung der Umgebungstemperatur des unbeheizten Bereichs kann die Temperatur des beheizten Punktes genau bestimmt werden. Da es zwei Leiter aus unterschiedlichen Materialien erfordert, wird es Thermoelement genannt. Thermoelemente aus unterschiedlichen Materialien werden in unterschiedlichen Temperaturbereichen eingesetzt und auch ihre Empfindlichkeiten variieren. Die Empfindlichkeit des Thermoelements bezieht sich auf die Änderung der Ausgangspotentialdifferenz, wenn sich die Temperatur des beheizten Punkts um 1 Grad ändert. Bei den meisten Thermoelementen, die auf Metallmaterialien basieren, liegt dieser Wert etwa zwischen 5 und 40 Mikrovolt/Grad.
Da die Empfindlichkeit eines Thermoelement-Temperatursensors unabhängig von der Dicke des Materials ist, können Temperatursensoren aus sehr dünnen Materialien hergestellt werden. Da die zur Herstellung von Thermoelementen verwendeten Metallmaterialien eine ausgezeichnete Duktilität aufweisen, verfügen diese winzigen Temperatursensorelemente über extrem hohe Reaktionsgeschwindigkeiten und können sich schnell ändernde Prozesse messen.