Temperatursensoren

Ein Temperaturfühler ist ein elektronisches Bauteil, das Temperaturen präzise erfasst und die gemessenen Werte als elektrisches Signal an ein Anzeige- oder Steuergerät – beispielsweise an eine Heizungsanlage oder eine Regelungseinheit – weitergibt.
Er bildet damit eine zentrale Schnittstelle zwischen der realen Temperaturumgebung und der automatisierten Mess- und Regeltechnik. Nur wenn der eingesetzte Fühler exakt auf die jeweilige Messaufgabe abgestimmt ist, können zuverlässige und stabile Messergebnisse gewährleistet werden.

Damit ein Temperaturfühler optimal funktioniert, sollten bei der Auswahl verschiedene technische und anwendungsbezogene Faktoren berücksichtigt werden:

• Messmedium
  In welchem Medium erfolgt die Temperaturmessung? (z. B. Luft, Wasser, Öl, Dampf)
• Messmethode
  Soll die Temperatur als Einstechmessung, Oberflächenmessung oder auf andere Weise ermittelt werden?
• Prozessanschluss
  Wie wird der Temperaturfühler in das System integriert? Die richtige Anschlussart (z. B. Einschraub- oder Tauchhülse) ist entscheidend für eine sichere und genaue Messung.
• Temperaturbereich
  In welchem Temperaturfenster soll die Messung erfolgen? Der Fühler muss für den vorgesehenen Bereich ausgelegt sein.
• Ansprechzeit
  Wie schnell muss der Sensor auf Temperaturänderungen reagieren, um eine präzise Prozessregelung zu ermöglichen?
• Umgebungseinflüsse
  Faktoren wie Feuchtigkeit, Dampf, Vibrationen oder mechanische Belastungen können die Funktion und Lebensdauer eines Temperaturfühlers beeinflussen und müssen daher in die Planung einbezogen werden

Thermoelemente sind thermoelektrische Sensoren, die aus zwei Drähten unterschiedlicher Materialien bestehen. Diese sind an einer Messstelle verbunden. An den freien Enden (Vergleichsstelle) entsteht durch Temperaturunterschiede eine Thermospannung – ein Effekt, der als Seebeck-Effekt bezeichnet wird. Thermoelemente erfassen den Temperaturunterschied zwischen Messstelle und Vergleichsstelle. Daher muss die Temperatur an der Vergleichsstelle bekannt oder konstant gehalten werden, um genaue Messergebnisse zu erhalten.

Vorteile: 

• herstellerunabhängiger Tausch
• schnelle Ansprechzeit
• auch für sehr hohe oder sehr niedrige Temperaturen geeignet
• kostengünstig
• in verschiedenen Bauformen erhältlich

Nachteile:

• empfindlicher als widerstandsbasierte Temperaturfühler
• Kennlinie verläuft nicht lineal

Thermoelemente unterscheiden sich durch die Legierungen, aus denen ihre Messdrähte gefertigt sind. Je nach Materialzusammensetzung ergeben sich unterschiedliche Kennlinien und Messbereiche, die für verschiedene Einsatzgebiete optimal geeignet sind.

Typ	Werkstoffkombination	Messbereich (ca.)	Toleranzklasse 1 in °C	Toleranzklasse 2 in °C	IEC-Farbcode
Typ K (NiCr–Ni)	Nickel-Chrom / Nickel	–200 … +1100 °C	± 1,5 zwischen -40 °C und 375°C ± 0,004xT zwischen 375°C und 1000°C	± 2,5 zwischen -40 °C und 333°C ± 0,0075xT zwischen 333°C und 1200°C
Typ J (Fe–CuNi)	Eisen / Kupfer-Nickel	–40 … +750 °C	± 1,5 zwischen -40 °C und 375°C ± 0,004xT zwischen 375°C und 750°C	± 2,5 zwischen -40 °C und 333°C ± 0,0075xT zwischen 333°C und 750°C
Typ T (Cu–CuNi)	Kupfer / Kupfer-Nickel	–200 … +350 °C	± 0,5 zwischen -40 °C und 125°C ± 0,004xT zwischen 125°C und 350°C	± 1,0 zwischen -40 °C und 133°C ± 0,0075xT zwischen 133°C und 350°C
Typ N (NiCrSi–NiSi)	Nickel-Legierung	–200 … +1200 °C	± 1,5 zwischen -40 °C und 375°C ± 0,004xT zwischen 375°C und 1000°C	± 2,5 zwischen -40 °C und 333°C ± 0,0075xT zwischen 333°C und 1200°C

Die Funktionsweise eines Temperaturfühlers hängt im Wesentlichen vom verwendeten Temperatursensor ab. Dieser bestimmt, wie die physikalische Messgröße „Temperatur“ in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Grundsätzlich lassen sich zwei Haupttypen unterscheiden:

• Widerstandsbasierte Temperaturfühler (RTD)
• Thermoelemente

Bei widerstandsbasierten Temperaturfühlern verändert sich der elektrische Widerstand des Sensors in Abhängigkeit von der Temperatur. Diese Sensoren werden auch Resistance Temperature Detectors (RTD) genannt.

Es gibt zwei Arten von RTDs:

• Kaltleiter (PTC – Positive Temperature Coefficient)
• Heißleiter (NTC - Negative Temperature Coefficient)

Klassische Kaltleiter sind beispielweise Platinsensoren wir Pt100 oder Pt1000, aber auch Nickelsensoren oder KTY-Sensoren. Mit steigender Temperatur vergrößern sie ihren Widerstand.

Vorteile:

• linearer Verlauf der Kennlinie
• herstellerunabhängiger Tausch möglich
• sehr genaues Messergebnis 

Nachteile:

• etwas teurer als NTCs
• haben eine längere Ansprechzeit als Thermoelemente
• die Eigenerwärmung des Sensors muss bei der Messung berücksichtigt werden

Heißleiter bestehen aus Metalloxiden oder Halbleitern. Mit steigender Temperatur sinkt ihr elektrischer Widerstand, wodurch sie sich besonders für Anwendungen mit schnellen Temperaturänderungen eignen.

Vorteile:

• kurze Ansprechzeit
• hohe Empfindlichkeit gegenüber Temperaturänderungen
• kostengünstig

Nachteile:

• keine genormte Kennlinie nach DIN 
• beim Tausch muss sichergestellt werden, dass die Kennlinie des Sensors exakt der hinterlegten Kennlinie im Messegerät entspricht
• begrenzter Temperaturbereich (niedrige bis mittlere Temperaturen)
• empfindlich gegenüber Störeinflüssen

• Einschraub-Temperaturfühler
• Oberflächenfühler
• Anlegefühler
• Bajonettfühler
• Einstechfühler

Achten Sie bei der Auswahl eines Temperaturfühlers unbedingt darauf, welcher Sensortyp von Ihrem Messgerät oder der Messstelle vorgegeben wird. Diese Information ist entscheidend, um eine fehlerfreie Temperaturmessung und eine reibungslose Funktion der Anlage sicherzustellen.

Besonders bei NTC-Sensoren ist es wichtig, die Kennlinie des Sensors sorgfältig mit der im Messgerät hinterlegten Kennlinie abzugleichen. Nur wenn beide exakt übereinstimmen, können präzise Messwerte gewährleistet werden.
Die entsprechenden Angaben finden Sie in der Regel in der Bedienungsanleitung Ihres Messgeräts.

Sie finden auf unserer Website eine Übersicht mit wichtigen Information zu den verschiedenen Sensortypen. Selbstverständlich stehen wir Ihnen bei Fragen auch persönlich beratend zur Seite.

Bitte beachten Sie, dass nicht nur der Sensor selbst, sondern auch Leitungen, Stecker und Gehäuse bestimmte Temperaturgrenzen besitzen. Werden diese überschritten, kann dies die Messgenauigkeit beeinträchtigen oder zu Schäden an der Installation führen.