Schwerpunkte

Kontaktlose Temperaturkontrolle im IoT

Aufschlussreiche Temperaturen

23. September 2020, 08:37 Uhr   |  Nicole Wörner

Aufschlussreiche Temperaturen
© Omron

Der kontaktlose Temperatursensor Omron D6T 32x32 MEMS misst – in einem sehr großen Sichtfeld – Temperaturen bis zu 200 °C.

Je mehr Systeme IoT-fähig werden und fernsteuerbar sein sollen, desto wichtiger wird das Thema kontaktlose Temperaturmessung. Vor allem industrielle Monitoring-Anwendungen stellen jedoch hohe Ansprüche. Worauf kommt es also bei der Auswahl der passenden Sensortechnologie an?

Die Temperatur ist eine Kenngröße, die aufschlussreicher ist, als man im ersten Moment denken könnte. Anomale Temperaturen sind oft frühe Anzeichen von Verschleiß, elektrischen Fehlern und anderen Problemen. Sie können vor einem möglichen Brand warnen, ehe er tatsächlich ausbricht. Temperaturmessungen können die An- oder Abwesenheit von Menschen erkennen oder bestätigen, dass ein System einsatzbereit ist. Dies alles zusätzlich zur eigentlichen Rolle der Temperaturmessung zum Zwecke der Steuerung von Öfen und Heizkörpern.

Oft lässt sich die Temperatur nicht direkt mittels eines Messfühlers messen. Hier sind kontaktlose Temperatursensoren hilfreich. Von der Erkennung ungewöhnlicher Temperaturen bei industriellen Fertigungslinien im Betrieb bis hin zur Überwachung diverser Wärmegrade in Produktionsumgebungen leisten kontaktlose Sensoren wie der MEMS-basierte Omron D6T einen Beitrag zur Sicherheit – identifiziert er doch potenzielle Probleme, ehe sie eine richtig große Gefahr werden oder zu Anlageausfällen führen.

Omron
© Omron

In einer komplexen Schaltschrankanlage wie dieser lässt sich die Temperatur nicht direkt messen.

Vorteile der integrierten Signalverarbeitung

Omrons D6T-MEMS-Wärmesensoren basieren auf einem Infrarotsensor, der berührungslos die Oberflächentemperatur eines Objekts misst. Eine Thermosäule absorbiert die abgestrahlte Energie des Zielobjekts. Der D6T integriert eine MEMS-Thermosäule, einen kundenspezifischen Sensor-ASIC und einen Mikroprozessor für Signal- und Algorithmenverarbeitung in einem winzigen Gehäuse. Laut Hersteller soll er den höchsten Signal-Rausch-Abstand (SNR) der Branche aufweisen. Dies sorgt für zuverlässige Messungen, die das System leicht interpretieren kann.

Ein Vorteil des integrierten Signalverarbeitungs-Mikroprozessors ist der vollständig lineare Ausgang. Durch die Signal-Vorverarbeitung im D6T-Modul verwandelt der D6T das Sensorsignal in einen digitalen Temperatur-Ausgangswert für eine ziemlich einfache Schnittstelle zu einem Mikrocontroller, was Systemintegratoren die Arbeit leichter macht. Alternative Bauelemente bieten keinen Temperatur-Ausgang, sodass der Anwender einen Signalverarbeitungsalgorithmus implementieren muss, um das Ausgangssignal in Temperatur umzurechnen.

Trotz der Integration eines Mikroprozessors braucht der D6T nur wenig Platinenplatz. Die größte 32×32-Elemente-Version ist nur 14 mm × 8 mm × 8,93 mm groß, was sich gut zur Temperaturmessung in vielerlei IoT-Designs und anderen Embedded-Anwendungen eignet.

Omron
© Omron

Omrons D6T gibt das Ergebnis der Temperaturmessung direkt aus, im Gegensatz zu Bauelementen, die Signalverarbeitung erfordern.

Auswahl eines berührungslosen Sensors

Abgesehen von der Temperaturspanne ist ein Schlüsselparameter zur Auswahl eines kontaktlosen Sensors das Sichtfeld. Oftmals erschaffen Hersteller einen breiteren Sichtbereich durch die Kombination mehrerer einzelner Sensorelemente in einem Modul. Ein breites Sichtfeld ist jedoch nicht immer wünschenswert: Manchmal ist eine gezielte Messung eines spezifischen Objekts oder Bereichs gefragt.
Ein Beispiel: Der Omron D6T-1A-02 aus einem einzigen Element hat einen Betrachtungswinkel von nur 26,5° × 26,5°. Das bedeutet einen Bereich von 47 cm × 47 cm bei einem Meter Entfernung mit starker Richtcharakteristik. Anders die 90° × 90° des jüngsten Neuzugangs in Omrons D6T-Familie, der D6T-32L-01A mit 32 × 32 Elementen. Bei einem Meter Entfernung heißt dies 200 cm × 200 cm; dazu kann dieser Sensor von einem Punkt aus ein weites Areal wie einen gesamten Raum abdecken. Ist ein beschränkteres Sichtfeld gefragt, eignen sich eher die 1×8- bzw. 4×4-Versionen D6T-8L-09H und D6T-44L-06H mit 54,5° × 5,5° (103 cm × 10 cm) bzw. 44,2° × 45,7° (81 cm × 84 cm).

Berührungslose Sensoren lassen sich in vielen verschiedenen Umgebungen einsetzen. Je nach Anforderung decken sie Temperaturbereiche von +5 bis +45 °C, –40 bis +80 °C oder 0 bis +200 °C ab.

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