Was ist ein Temperatur- und Feuchtigkeitssensor?
Ein Temperatur- und Feuchtigkeitssensor ist ein Gerät, das zur Messung von Temperatur und Feuchtigkeit verwendet wird.
Sie bestehen aus einem Temperatursensor und einem Feuchtigkeitssensor. Da ein einziges Gerät sowohl die Temperatur als auch die Feuchtigkeit messen kann, benötigen sie nur wenig Installationszeit und -platz.
Anwendungen von Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren
Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren werden zur Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit verwendet und kommen beispielsweise in folgenden Bereichen zum Einsatz:
- Messung von Außentemperatur und Luftfeuchtigkeit
- Sensoren für Klimageräte wie Klimaanlagen und Heizungen
- Sensoren für die Steuerung von Automotoren
- Sensoren in Smartphones und Computern
- Industrielle Inspektion
Funktionsweise von Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren
Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren bestehen aus einem Temperatursensor und einem Feuchtigkeitssensor. Temperatursensoren werden grob in drei Typen eingeteilt: Widerstandstemperaturdetektoren (RTDs), lineare Widerstände und Thermistoren, während Feuchtigkeitssensoren grob in zwei Typen eingeteilt werden: Widerstands- und Kapazitätsänderungssensoren. Sie werden in der folgenden Reihenfolge erläutert:
1. Temperatursensoren
Widerstands-Temperatursensoren (RTD)
Widerstandstemperatursensoren (RTDs) sind eine Art von Temperatursensoren, die den elektrischen Widerstand messen, um die Temperatur zu bestimmen. Sie nutzen die Eigenschaft von Metallen wie Platin, Nickel und Kupfer, Metalloxiden und Halbleitern, deren elektrischer Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt und messen die Temperatur durch Messung des elektrischen Widerstandswertes.
Lineare Widerstände
Lineare Widerstände sind Temperaturmesswiderstände aus Nickel-Nickel- oder Palladium-Legierungen und nutzen die Eigenschaft eines nahezu linearen Anstiegs des Widerstands mit der Temperatur. Sie sind nicht so genau wie Widerstandsthermometer, die Platin oder andere Metalle verwenden.
Thermistoren
Thermistoren sind Elemente, deren Widerstand sich mit der Temperatur ändert. Temperatursensoren, die sie verwenden, messen die Temperatur anhand der Korrelation zwischen der Temperatur und dem Widerstand des Elements. Es gibt zwei Arten von Thermistoren: PTC-Thermistoren (positive Kennlinie), deren Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt und NTC-Thermistoren (negative Kennlinie), deren Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt.
PCT-Thermistoren zeichnen sich durch einen starken Anstieg des Widerstands bei einer bestimmten Temperatur aus und eignen sich für den Überstromschutz im Falle eines thermischen Durchgehens von Halbleitern. NCT-Thermistoren hingegen zeichnen sich durch einen hohen Widerstand bei Raumtemperatur und große Widerstandsänderungen bei Temperaturanstieg aus. Sie werden daher im Allgemeinen für den Schutz von Schaltkreisen bei Temperatur verwendet. Der Begriff Thermistor bezieht sich gewöhnlich auf NCT-Thermistoren.
2. Feuchtigkeitssensoren
Feuchtigkeits-Widerstandsänderungs-Temperatursensoren
Dies sind Sensoren, die die Feuchtigkeit aus der Änderung des Widerstands ableiten. Sie zeichnen sich durch einen Aufbau aus, bei dem die Kammzähne der im Sensor eingebauten kammförmigen Schaltung durch eine feuchtigkeitsempfindliche Membran aus Polymer überbrückt werden.
Der Sensor macht sich die Tatsache zunutze, dass der Widerstand der feuchtigkeitsempfindlichen Membran sinkt, wenn die Luftfeuchtigkeit steigt und die feuchtigkeitsempfindliche Membran Feuchtigkeit aufnimmt, weil die Zahl der beweglichen Ionen in der Membran zunimmt und umgekehrt, wenn die Luftfeuchtigkeit sinkt, der Widerstand steigt. Mit anderen Worten: Temperatursensoren mit Widerstandsänderung leiten die Feuchtigkeit aus der Änderung des Widerstandswertes ab.
Kapazitätssensoren
Kapazitätssensoren wandeln Kapazitätsänderungen in Feuchtigkeit um und zeichnen sich durch eine Struktur aus, bei der eine feuchtigkeitsempfindliche Membran aus Polymer zwischen zwei Elektroden liegt. Mit zunehmender Luftfeuchtigkeit nimmt die Kapazität zwischen den Elektroden zu, da sich die Zahl der mobilen Ionen in der feuchtigkeitsempfindlichen Membran erhöht.
Andererseits nimmt die Kapazität zwischen den Elektroden ab, wenn die Luftfeuchtigkeit sinkt, weil die Zahl der beweglichen Ionen in der feuchtigkeitsempfindlichen Membran abnimmt. Mit anderen Worten: Kapazitive Temperatursensoren wandeln Kapazitätsänderungen in Feuchtigkeit um.
Arten von Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren
Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren werden auch nach ihrer Form klassifiziert und umfassen in IC-Chips eingebettete Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren des IC-Typs und drahtlose Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren, die im IoT (Internet der Dinge) verwendet werden.
1. IC-Typ
IC-Typ-Temperatur-/Feuchtesensoren bestehen aus einem Sensorelement und einer Messschaltung wie A/D-Wandlung, die in einem einzigen Chip integriert sind. Bei der Verwendung einzelner Sensorelemente müssen die Peripherieschaltungen je nach Anwendung entwickelt werden, was zeit- und kostenaufwändig ist.
Integrierte Temperatur-/Feuchtesensoren vom IC-Typ hingegen erfordern keinen solchen Aufwand und können problemlos eingesetzt werden. Darüber hinaus kann die benötigte Montagefläche bei der Montage auf einer Platine reduziert werden, was eine Miniaturisierung, einen geringen Stromverbrauch und niedrige Kosten ermöglicht.
2. Drahtlose Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren
In den letzten Jahren sind nicht nur PCs und Smartphones, sondern auch verschiedene andere Geräte mit dem Internet verbunden und können miteinander vernetzt werden. Diese so genannte IoT-Technologie (Internet of Things) ermöglicht es, Informationen zwischen Dingen auszutauschen, sie aus der Ferne zu bedienen und Daten zu sammeln und wird für eine Vielzahl von Dienstleistungen genutzt.
Die Rolle der Sensoren ist besonders wichtig bei Diensten und Systemen, die den Zustand von Waren aus der Ferne überwachen und Anomalien erkennen. Aus diesem Grund haben sich Sensoren entwickelt, die Daten über drahtlose Kommunikationsmethoden wie Wi-Fi und Bluetooth übertragen und als IoT-Sensoren bezeichnet werden.
Drahtlose Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren sind ein solcher Sensor und durch den Einsatz von drahtlosen Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren können Systeme zur Kontrolle und Überwachung von Temperatur und Feuchtigkeit an entfernten Orten aufgebaut werden. Sie werden insbesondere für das Temperatur- und Feuchtigkeitsmanagement und die Erkennung von Anomalien an Orten eingesetzt, an denen Menschen nicht immer anwesend oder sichtbar sind, wie z. B. in Datenzentren, Produktionslinien, Kühleinrichtungen, Lagerhäusern und Gewächshäusern.
Darüber hinaus wird das System in einer Vielzahl von Anwendungen und Situationen eingesetzt, z. B. bei der Erkennung des Öffnens und Schließens von Fenstern und Türen, bei Sensoren zur Erkennung der Bewegung von Menschen und Tieren, bei mit Haushaltsgeräten verbundenen Sicherheitsdiensten und bei Überwachungsdiensten für ältere Menschen.