Berührungslose Temperaturmessung im IoT wird zunehmend wichtiger

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.

Sehr oft lässt sich die Temperatur nicht direkt mittels eines Messfühlers messen. Hier sind kontaktlose Temperatursensoren nützlich. Von der Erkennung ungewöhnlicher Temperaturen bei industriellen Fertigungslinien im Betrieb bis hin zur Überwachung diverser Wärmegrade in Küchen helfen kontaktlose Sensoren wie der MEMS-basierte D6T von Omron ein sicheres Arbeitsumfeld zu bieten, da sie potenzielle Probleme erkennen ehe sie sich zu einer richtig großen Gefahr entwickeln. Dies kann nicht nur Leben retten, sondern auch Kosten sparen, indem Unternehmen beispielsweise rechtzeitig vorbeugende Wartung vornehmen.

Die Vorteile einer integrierten Signalverarbeitung

Bild 1: Omrons D6T gibt das Ergebnis der Temperaturmessung direkt aus, im Gegensatz zu Bauelementen, die Signalverarbeitung erfordern. Omron

Omrons D6T-MEMS-Wärmesensoren basieren auf einem Infrarotsensor, der berührungslos die Oberflächentemperatur eines Objekts misst. Dabei absorbiert eine Thermosäule die abgestrahlte Energie des Zielobjekts. Der D6T umfasst eine MEMS-Thermosäule, einen kundenspezifischen Sensor-ASIC und einen Mikroprozessor für Signal- und Algorithmenverarbeitung, eingebettet in einem kompakten Gehäuse. Ein hoher Signal-Rausch-Abstand (SNR) sorgt für klar zuverlässige Messungen, die das System leicht interpretieren kann.

Zudem ist der in den Sensor von Omron integrierte Mikroprozessor zur Signalverarbeitung mit einem vollständig linearen Ausgang (Bild 1) ausgestattet. Durch die Signal-Vorverarbeitung im Modul wandelt der D6T das Sensorsignal in einen digitalen Temperatur-Ausgangswert um, der dann wiederum von einem Mikrocontroller verarbeitet werden kann. Systemintegratoren soll so die Arbeit vereinfacht werden. Gängige Bauelemente bieten oftmals keinen Temperatur-Ausgang, sodass der Entwicklungsingenieur einen Signalverarbeitungsalgorithmus implementieren muss, um das Ausgangssignal in Temperatur umzurechnen.

Trotz der Integration eines Mikroprozessors benötigt der D6T nur wenig Platz auf der Platine. Die größte Version mit 32 × 32 Elementen ist 14 × 8 × 8,93 mm³ groß, weshalb sich der Sensor gut zur Temperaturmessung in diversen IoT-Designs und anderen Embedded-Anwendungen eignet.

Auswahl eines berührungslosen Sensors

Bild 2: Der kontaktlose Temperatursensor Omron D6T misst in einem großen Sichtfeld Temperaturen bis zu 200 °C. Omron

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.

Der Omron D6T-1A-02 aus einem einzigen Element hat beispielsweise einen Betrachtungswinkel von 26,5° × 26,5°. Das bedeutet einen Bereich von 47 × 47 cm bei einem Meter Entfernung mit starker Richtcharakteristik. Anders die 90° × 90° des jüngsten Neuzugangs der Omron D6T-Familie, der D6T-32L-01A mit 32 × 32 Elementen (Bild 2). Bei einem Meter Entfernung heißt dies 200 × 200 cm, dazu kann dieser Sensor von einem Punkt aus ein weites Areal wie einen gesamten Raum abdecken. Ist ein beschränkteres Sichtfeld gefragt, stehen die 1 × 8- beziehungsweise 4 × 4-Versionen D6T-8L-09H und D6T-44L-06H mit 54,5° × 5,5° (103 × 10cm²) beziehungsweise 44,2° × 45,7° (81 × 84 cm²) zur Verfügung.

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

Fazit

Je mehr Systeme IoT-fähig werden und fernsteuerbar sein sollen, desto wichtiger wird das Thema Temperaturmessung. Komponenten zur kontaktlosen Temperaturüberwachung werden mit der fortschreitenden Technologieentwicklung immer ausgefeilter. Für sehr viele industrielle Monitoring-Anwendungen gibt es eine Lösung mit breitgefächerten Sichtfeldcharakteristiken und Auswahl an thermischen Profilen. Sensorbauelemente mit direkten, linearen Temperaturausgängen bedeuten eine Erleichterung für die Integration mit anderen Systemen.

(prm)