Die Nachfrage nach berührungslosen Temperatursensoren steigt rasant.
Thermosensoren werden häufig in Industrie, Medizin, Haushaltsgeräten, Sicherheit, Unterhaltung und anderen Bereichen eingesetzt, insbesondere berührungslose Sensoren haben weniger Einschränkungen und breitere Anwendungen. Der Einsatz von berührungslosen Thermosensoren zur Erkennung der Körpertemperatur und zur Erfassung der Anwesenheit des menschlichen Körpers ist zu einer beliebten Marktnachfrage geworden. Dieser Artikel stellt die Arten und Funktionsprinzipien von Thermosensoren sowie relevante Lösungen vor.
Der Unterschied zwischen Kontakt- und berührungslosen Temperatursensoren
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Die Anwendung von Temperatursensoren ist relativ breit. Sie werden nicht nur zur Messung der Körpertemperatur verwendet, sondern können auch in der Industrie, im medizinischen Bereich, in Haushaltsgeräten, in der Sicherheitstechnik und in der Unterhaltungsindustrie eingesetzt werden. Beispielsweise können Temperatursensoren verwendet werden, um die Temperatur von durch industrielle Verfahren hergestellten Teilen zu überprüfen; im medizinischen Bereich können sie verwendet werden, um den physiologischen Zustand von Patienten zu überwachen; in Bezug auf Haushaltsgeräte können sie die Temperatur und die Anwesenheit von Personen in Klimaanlagen erkennen; hinsichtlich Sicherheit können sie zur Erkennung der Anwesenheit und Bewegung von Personen eingesetzt werden; im Bereich Unterhaltung können sie die Bewegungen von Spielern erfassen. Die Liste der Anwendungen geht weiter und weiter.
Thermosensoren können in zwei Typen unterteilt werden: Kontakt- und berührungslose Sensoren. Der folgende Inhalt enthält eine kurze Zusammenfassung der Unterschiede zwischen ihnen und eine tiefere Einführung, die sich auf berührungslose Thermosensoren konzentriert.
Wie der Name schon sagt, erfordern Kontakt-Wärmesensoren den physischen Kontakt mit dem Testobjekt. Das bedeutet, dass ein guter thermischer Kontakt zwischen den Sensoren und dem Objekt oder der Flüssigkeit bestehen muss, was darauf hinweist, dass die Sensoren in Kontakt oder in der Nähe von Objekten oder Flüssigkeiten mit ähnlichen Temperaturen sein müssen. Das heißt, die Sensoren müssen ein thermisches Gleichgewicht mit den Testobjekten erreichen. Darüber hinaus muss die erwartete Temperatur des Testobjekts niedriger als 1700°C (3092°F) oder höher als etwa -40°C (-40°F) sein. Dies liegt daran, dass bei 1700°C das Platinlegierungs-Thermoelement schnell seine Kalibrierung zu verlieren beginnt und die Drähte sowie Isoliermaterialien wahrscheinlich weich werden. Bei einer Temperatur unter -40°C treten Probleme auf, und obwohl viele Kontakt-Wärmesensoren unterhalb dieser Temperatur noch funktionieren können, wird ihre Genauigkeit beeinträchtigt. Außerdem müssen Kontakt-Wärmesensoren kleiner als das Testobjekt sein und sollten durch Schweißen, Löten, Klemmen oder Kleben am Testobjekt befestigt werden, um einen zuverlässigen physischen Kontakt aufrechtzuerhalten.
Die gebräuchlichsten kontaktbasierten Temperatursensoren sind Flüssigkeitsglasthermometer, Thermoelemente, Widerstandsthermometer (RTD) und Thermistoren. Diese sind normalerweise in einem schützenden Metall- oder Keramikmantel namens Thermowell eingeschlossen, wodurch sie Prozessbarrieren durchdringen und leicht zur Kalibrierung oder Wartung herausgezogen werden können, ohne dass der Prozess und/oder das Wartungspersonal ungünstigen Bedingungen ausgesetzt werden. Die Anwendungsflexibilität von berührungslosen Temperatursensoren ist vielfältiger mit mehr unterschiedlichen Kategorien. Obwohl berührungslose Temperatursensoren mehrere Stile und Typen mit verschiedenen Namen haben, werden sie alle als Strahlungsthermometer eingestuft, wenn sie gemäß dem Max-Planck-Gesetz der thermischen Strahlung arbeiten. Diese werden als Strahlungspyrometer, Infrarotpyrometer, optische Pyrometer, Infrarotthermometer, Wärmebildgeräte usw. bezeichnet. Sie können batteriebetriebene tragbare Geräte, fest installierte oder Online-Prozessüberwachungsgeräte sein.
Da die Temperatur von berührungslosen Temperatursensoren nicht mit der des Objekts übereinstimmen muss, ist ihr Anwendungsspektrum weitaus größer als das von kontaktsensitiven Temperatursensoren. Berührungslose Temperatursensoren werden in Bereichen eingesetzt, wie z.B. der Erkennung von sich bewegenden Objekten, wo Schäden am Objekt oder Sensor bei Kontakt auftreten könnten (extrem heiße, korrosive oder abrasive Bedingungen), bei offensichtlichen Temperaturänderungen des Objekts bei Kontakt, wo ein großes und überschaubares Messgebiet vorhanden ist, oder wenn das Objekt zu weit entfernt oder schwer zugänglich ist, wie etwa in speziellen Atmosphären oder im Weltraum (Beobachtungen von Sternen und Galaxien usw.).
Berührungslose Temperatursensoren sind geeignet zur Erkennung des menschlichen Körpers
Der folgende Inhalt nimmt die D6T-Serie der berührungslosen mikroelektromechanischen System (MEMS) Temperatursensoren von OMRON als Beispiel, um deren Funktionen und Merkmale vorzustellen. Die D6T-Serie der MEMS-Temperatursensoren besteht aus einer kleinen Leiterplatte, auf der eine Siliziumlinse, Thermopilesensoren, eine spezialisierte analoge Schaltung und eine logische Schaltung zur Umwandlung in einen digitalen Temperaturwert installiert sind. Es wird nur ein Steckverbinder benötigt, um diese Module zu kombinieren. Die Leiterplatte der D6T-Serie misst 14mm x 18mm und eine kompaktere Version von 11,6 mm x 12 mm ist ebenfalls erhältlich.
Das Funktionsprinzip der D6T-Serie von MEMS-Wärmesensoren besteht darin, die von einem Objekt ausgehende Wärmestrahlung (fernes Infrarot) durch eine Siliziumlinse auf den Thermopilesensor der Module zu fokussieren. Der Thermopilesensor kann eine elektromotorische Kraft in Abhängigkeit von der darauf fokussierten Strahlungsenergie (fernes Infrarot) erzeugen, um den Wert der elektromotorischen Kraft und des internen Wärmesensors zu messen. Das Gerät kann den gemessenen Wert (Objekttemperatur) über eine Interpolationsberechnung ermitteln, die den gemessenen Wert mit der im Gerät gespeicherten Tabelle vergleicht. Der gemessene Wert wird über einen I2C-Bus ausgegeben und im Host-System ausgelesen.
Der Einsatz von MEMS-Wärmesensoren zur Erkennung menschlicher Bewegung kann die Probleme beseitigen, die bei herkömmlichen pyroelektrischen Sensoren auftreten. Dies liegt daran, dass pyroelektrische Sensoren auf dem Prinzip beruhen, Änderungen im Zustand der Infrarotstrahlen zu erkennen und wenn der menschliche Körper inaktiv ist, gehen die Messsignale verloren. Wärmesensoren hingegen können auch dann noch Messsignale erzeugen, wenn keine Bewegung stattfindet.
Berührungslose Wärmesensoren eignen sich hervorragend zur Erkennung der Anwesenheit von menschlichen Körpern. Sie sind ziemlich gebräuchlich in Anwendungen von Haushaltsgeräten. Zum Beispiel werden sie in Klimaanlagen oder Ventilatoren eingesetzt, um die Anwesenheit von menschlichen Körpern zu erkennen und entsprechend zu reagieren. Die Marktnachfrage steigt täglich. Es lohnt sich, in die Produktentwicklung zu investieren.
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