Temperaturwandler

Definition: Ein Temperaturwandler ist ein elektrisches Gerät, das thermische Energie in physikalische Größen wie Verschiebung, Druck oder ein elektrisches Signal umwandelt. Seine Hauptfunktion besteht darin, die automatische Messung der Temperatur zu ermöglichen. Das grundlegende Prinzip eines Temperaturwandlers besteht darin, Wärme zu erfassen und diese Information dann in ein lesbares Format für die Übertragung umzuwandeln.

Eigenschaften des Temperaturwandlers

• Die Eingabe ist stets eine thermische Größe.

• Wandler wandeln die thermische Größe in der Regel in eine Wechselgröße um.

• Sie werden zur Messung von Temperatur und Wärmefluss innerhalb von Geräten eingesetzt.

Sensorelement

Das im Temperaturwandler verwendete Sensorelement muss die Eigenschaft haben, dass seine Merkmale sich bei Temperaturschwankungen ändern. So dient beispielsweise bei einem Widerstandsthermometer Platin als Sensorelement. Die wichtigsten Anforderungen an das Sensorelement lauten wie folgt:

• Das Temperatur-Sensorelement wandelt Temperatur in Wärme um.

• Es sollte eine signifikante Änderung des Widerstands in Bezug auf die Temperatur geben.

• Das Sensorelement muss einen hohen spezifischen Widerstand haben.

Arten von Temperaturwandlern

Temperaturwandler werden hauptsächlich in zwei breite Kategorien unterteilt:

Kontakt-Temperatursensor-Geräte

Bei diesem Typ von Wandler ist das Sensorelement direkt mit der Wärmequelle verbunden. Die Wärmeübertragung erfolgt durch das Phänomen der Wärmeleitung, welches der Prozess ist, bei dem Wärme von einem Stoff auf einen anderen übertragen wird, ohne dass sich die Stoffe selbst bewegen.

Nicht-Kontakt-Typ Temperatursensor-Geräte

Hier kommt das Sensorelement nicht in direkten Kontakt mit der Wärmequelle. Stattdessen verlassen sie sich auf das Konvektionsphänomen für die Wärmeübertragung. Konvektion ist der Prozess, bei dem Wärme durch die Bewegung des Stoffs übertragen wird.

Widerstandsthermometer werden in zwei Haupttypen unterteilt:

• Negative Temperaturkoeffizient (NTC) Widerstandsthermometer: Diese werden hauptsächlich für die Temperaturmessung verwendet. Wie der Name schon sagt, nimmt der Widerstand eines NTC-Thermistors mit steigender Temperatur ab. Diese Eigenschaft macht sie sehr effektiv, um Temperaturänderungen genau zu erfassen.

• Positiver Temperaturkoeffizient (PTC) Widerstandsthermometer: PTC-Thermometer werden hauptsächlich für die Stromregelung verwendet. Wenn die Temperatur steigt, steigt auch der Widerstand eines PTC-Thermistors. Diese Eigenschaft ermöglicht es ihnen, den Fluss des elektrischen Stroms in verschiedenen Anwendungen zu regeln.

• Funktionsprinzip von Widerstandsthermometern: Metalle zeigen die Eigenschaft, dass ihr Widerstand mit der Temperatur variiert. Widerstandsthermometer nutzen dieses Prinzip zur Temperaturmessung. Platin wird häufig als Sensorelement in hochpräzisen Widerstandsthermometern verwendet. Aufgrund der stabilen und vorhersagbaren Widerstand-Temperatur-Beziehung von Platin können diese Thermometer die Umgebungstemperatur genau messen. Durch die Messung des Widerstands des Platinelements kann die entsprechende Temperatur präzise bestimmt werden, was Widerstandsthermometer zu einer zuverlässigen Wahl für eine Vielzahl von Temperaturüberwachungsanwendungen macht.

Thermoelemente: Ein Thermoelement ist ein Gerät, das Temperatur in elektrische Energie am Kontaktpunkt umwandelt. Es funktioniert nach dem Prinzip, dass verschiedene Metalle unterschiedliche Temperaturkoeffizienten besitzen. Wenn zwei ungleiche Metalle miteinander verbunden werden, um eine Verbindung zu bilden, tritt das sogenannte Seebeck-Effekt auf. Wenn die Temperatur an der Verbindung ändert, wird eine Spannung über die Verbindung induziert. Signifikant ist, dass diese induzierte Spannung direkt proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der Verbindung und einem Referenzpunkt ist. Dieses lineare Verhältnis zwischen der erzeugten Spannung und der Temperatur ermöglicht es Thermoelementen, sehr effektiv genaue Temperaturmessungen durchzuführen. Sie werden in verschiedenen industriellen, wissenschaftlichen und häuslichen Anwendungen eingesetzt, wo eine präzise Temperaturüberwachung und -steuerung entscheidend sind, wie z.B. in Öfen, Backöfen und industriellen Prozesssteuerungssystemen.

Integrierter Schaltkreis-Temperaturwandler: Ein integrierter Schaltkreis (IC) Temperaturwandler verwendet eine Kombination aus einem Temperatur-Sensorelement und einem elektronischen Schaltkreis zur Temperaturmessung. Dieser Typ von Wandler zeichnet sich durch seine lineare Antwort aus, was den Prozess der Umwandlung der gemessenen Temperatur in ein leicht interpretierbares elektrisches Ausgangssignal vereinfacht. Allerdings ist einer der bemerkenswerten Nachteile des integrierten Temperaturwandlers sein relativ enger Betriebstemperaturbereich. Er funktioniert in der Regel innerhalb eines Temperaturbereichs von 0°C bis 200°C. Dieser begrenzte Bereich einschränkt seine Anwendbarkeit in bestimmten Hoch- oder Tieftemperaturumgebungen, wo ein breiterer Temperaturbereich erforderlich ist. Trotz dieses Mankos werden IC-Temperaturwandler in zahlreichen Anwendungen wie in der Verbraucherelektronik weit verbreitet eingesetzt, wo ihre kompakte Größe, Linearität und relativ einfache Schnittstellen sie zu einer bevorzugten Wahl für die Temperaturüberwachung innerhalb des angegebenen Temperaturbereichs machen. Nicht-Kontakt-Typ-Wandler können weiter unterteilt werden, wobei ein Beispiel der Thermistor ist. Ein Thermistor ist eine Art Widerstand, dessen Widerstand sich mit der Temperatur ändert. Sein Widerstand wird durch den Durchfluss eines kleinen, gemessenen Gleichstroms ermittelt, was wiederum zu einem Spannungsabfall über dem Widerstand führt.