Was ist ein berührungsloser Temperatursensor?
Berührungslose Temperatursensoren sind Sensoren, die die Temperatur erfassen können, ohne direkt an dem zu messenden Objekt angebracht zu sein.
Sie nutzen Infrarotstrahlung, die von einem Objekt ausgesandt oder von einfallenden Neutronen gestreut wird. Die meisten berührungslosen Temperatursensoren auf dem Markt verwenden Infrarotstrahlung. Die Infrarotstrahlung wird mit einem Sensorelement erfasst, und der Emissionsgrad wird zur Berechnung der Temperatur des zu messenden Objekts verwendet. Der Emissionsgrad ist die Menge der Infrarotstrahlung im Verhältnis zur Oberflächentemperatur, die für jedes Objekt ermittelt wird, und wird bei der Verwendung berührungsloser Temperatursensoren benötigt.
Berührungslose Sensoren haben einen bestimmten Bereich oder Abstand, über den sie messen können, der als Punktdurchmesser bezeichnet wird. Je kleiner der Messfleckdurchmesser im Vergleich zu dem zu messenden Objekt oder der Person ist, desto stabiler kann die Temperatur gemessen werden. Außerdem müssen bei der Messung von Objekten mit hohen Temperaturen Maßnahmen wie die Kühlung des berührungslosen Temperatursensors ergriffen werden, um zu verhindern, dass er durch die vom berührungslosen Temperatursensor selbst erzeugte Wärme beschädigt wird.
Anwendungen von berührungslosen Temperatursensoren
Berührungslose Temperatursensoren werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, vom Alltag bis hin zu industriellen Anwendungen. Nachfolgend einige Anwendungsbeispiele für berührungslose Temperatursensoren:
- Messung von Lebensmitteltemperaturen während des Backvorgangs in Lebensmittelfabriken
- Temperaturmessung zur Bestimmung des Trocknungsgrads von Industrieprodukten nach dem Lackieren
- Messung der Temperaturverteilung von Produkten auf einer Drehmaschine
- Messung der Körpertemperatur
Einsatz in Situationen, in denen die Messung mit berührenden Temperatursensoren schwierig oder unmöglich ist. Sie werden insbesondere bei sich bewegenden oder rotierenden Objekten eingesetzt.
Sie werden auch zur Messung der Körpertemperatur verwendet. Sie werden in zahlreichen Situationen eingesetzt, z. B. in Restaurants und bei der Arbeit in Büros. Im Vergleich zu Kontaktthermometern, die unter den Arm gesteckt werden, haben sie den Vorteil, dass die Temperaturmessung schneller und hygienischer ist, da das Thermometer nicht jedes Mal nach dem Gebrauch desinfiziert werden muss.
Andererseits werden sie, da sie mit Infrarotstrahlung arbeiten, stark von der äußeren Umgebung, wie Umgebungstemperatur und Sonnenlicht, beeinflusst. Sie sind auch weniger genau als Kontaktsensoren. Es ist notwendig, die Temperaturberechnungsmethode und die Umgebungsbedingungen anzupassen und dabei den Ort zu berücksichtigen, an dem der berührungslose Sensor tatsächlich verwendet wird.
Funktionsweise der berührungslosen Temperatursensoren
Berührungslose Temperatursensoren, die mit Infrarotstrahlung arbeiten, bestehen aus einer Kondensorlinse, einer Thermosäule, einem Verstärker und einem Rechenwerk. Die Temperatur wird in der folgenden Reihenfolge gemessen:
1. Erfassung von Infrarotlicht
Infrarotstrahlung ist unsichtbares Licht im Frequenzbereich von 0,7-1000 µm. Innerhalb dieses Frequenzbereichs werden für praktische Temperaturmessungen nur Frequenzen zwischen 0,7 µm und 20 µm verwendet.
Dieses Licht wird mit einer Infrarot-Fokussierlinse gebündelt. Durch die Fokussierung des Infrarotlichts in den von der Thermosäule erfassbaren Wellenlängenbereich kann die Messgenauigkeit verbessert werden.
2. Umwandlung in elektrische Signale
Thermopiles werden verwendet, um Infrarotstrahlen in elektrische Signale umzuwandeln, die dann ausgegeben werden. Die Thermosäule ist ein Infrarot-Detektorelement, das ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der durch die Infrarotstrahlen erwärmten Temperatur ausgibt.
In der Thermosäule sind mehrere Thermoelemente in Reihe geschaltet, wobei der warme Übergang in der Mitte liegt, und in der Mitte, wo der warme Übergang liegt, befindet sich eine infrarotabsorbierende Membran. Das von der Linse gesammelte Licht trifft nur auf die warme Anschlussstelle, wodurch ein Temperaturunterschied zur kalten Anschlussstelle auf der Außenseite entsteht. Dadurch entsteht aufgrund des Seebeck-Effekts eine Spannungsdifferenz, die eine Temperaturmessung ermöglicht.
3. Verstärkung des elektrischen Signals
Ein Verstärker wird verwendet, um die von der Thermosäule ausgesandten elektrischen Signale zu verstärken. Die Verstärkung ermöglicht eine genauere Erfassung.
4. Berechnung der Temperatur aus dem Emissionsgrad
Um die Temperatur des Messobjekts zu berechnen, wird eine Korrektur vorgenommen. Für die Korrektur wird der Emissionsgrad verwendet. Der Emissionsgrad ist das Verhältnis zwischen der Menge der emittierten Infrarotstrahlung und der Oberflächentemperatur eines Objekts, das für jedes Objekt konstant ist.
Die Temperatur des Messobjekts wird anhand der Menge der Infrarotstrahlung, die aus den von der Thermosäule umgewandelten elektrischen Signalen ermittelt wird, und des Emissionsgrads des Messobjekts, der im Voraus gemessen wird, berechnet.
Arten von berührungslosen Temperatursensoren
Berührungslose Temperatursensoren lassen sich grob in tragbare und eingebaute Typen einteilen.
1. Tragbarer Typ
Der Sensor wird von einer Person in der Hand gehalten und misst die Temperatur. Da keine Stromversorgung erforderlich ist, können sie leicht mitgeführt werden. Sie sind leicht, kompakt und oft preiswert und kosten einige Zehn bis Hundert USD.
2. Einbauart
Die Temperatur kann automatisch und ohne menschliches Zutun gemessen werden, wenn das zu messende Objekt vor dem Gerät vorbeiläuft. Viele Produkte kombinieren eine Thermografiekamera und andere Geräte und sind oft teuer, von mehreren Tausend bis zu mehreren Zehntausend USD. Für die Messung muss das Gerät nicht berührt werden, und je nach Gerät können Messungen aus einer Entfernung von 0,5-1,5 m vorgenommen werden.