Einführung in den Infrarot-Temperatursensor
Ein Infrarot-Temperatursensor ist ein berührungsloser Sensor, der die von einem Objekt abgegebene Infrarotstrahlung zur Messung der Oberflächentemperatur nutzt. Sein Funktionsprinzip basiert auf dem Stefan-Boltzmann-Gesetz: Alle Objekte mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt strahlen Infrarotstrahlung ab, deren Intensität proportional zur vierten Potenz der Oberflächentemperatur des Objekts ist. Der Sensor wandelt die empfangene Infrarotstrahlung mithilfe eines integrierten Thermoelements oder pyroelektrischen Detektors in ein elektrisches Signal um und berechnet anschließend den Temperaturwert mithilfe eines Algorithmus.
Technische Merkmale:
Berührungslose Messung: Es ist kein Kontakt mit dem zu messenden Objekt erforderlich, wodurch Verunreinigungen oder Störungen durch hohe Temperaturen und sich bewegende Objekte vermieden werden.
Schnelle Reaktionszeit: Millisekunden-Reaktionszeit, geeignet für die dynamische Temperaturüberwachung.
Breiter Anwendungsbereich: typischer Temperaturbereich -50℃ bis 3000℃ (variiert stark zwischen verschiedenen Modellen).
Hohe Anpassungsfähigkeit: Kann im Vakuum, in korrosiven Umgebungen oder bei elektromagnetischen Störungen eingesetzt werden.
Technische Kernindikatoren
Messgenauigkeit: ±1% oder ±1,5℃ (hochwertige Industriequalität erreicht ±0,3℃)
Emissionsgradeinstellung: Unterstützt einen einstellbaren Bereich von 0,1 bis 1,0 (kalibriert für verschiedene Materialoberflächen)
Optische Auflösung: Beispielsweise bedeutet 30:1, dass eine Fläche mit 1 cm Durchmesser aus einer Entfernung von 30 cm gemessen werden kann.
Ansprechwellenlänge: Üblicherweise 8–14 μm (geeignet für Objekte bei normaler Temperatur), für die Hochtemperaturmessung wird die Kurzwellen-Variante verwendet.
Typische Anwendungsfälle
1. Vorausschauende Instandhaltung von Industrieanlagen
Ein Automobilhersteller installierte MLX90614-Infrarot-Array-Sensoren an den Motorlagern und sagte Ausfälle voraus, indem er die Lagertemperaturänderungen kontinuierlich überwachte und KI-Algorithmen einsetzte. Praktische Daten zeigen, dass die Warnung vor Lagerüberhitzung 72 Stunden im Voraus die Ausfallkosten um 230.000 US-Dollar pro Jahr reduzieren kann.
2. Medizinisches Temperaturmesssystem
Während der COVID-19-Pandemie 2020 wurden Wärmebildkameras der FLIR T-Serie an den Noteingängen von Krankenhäusern eingesetzt. Dabei wurden 20 Personen pro Sekunde auf erhöhte Temperatur überprüft, mit einem Temperaturmessfehler von ≤0,3℃. In Kombination mit einer Gesichtserkennungstechnologie wurde die Bewegungsverfolgung von Personen mit erhöhter Temperatur ermöglicht.
3. Intelligente Temperaturregelung für Haushaltsgeräte
Der hochwertige Induktionsherd ist mit dem Infrarotsensor Melexis MLX90621 ausgestattet, der die Temperaturverteilung am Topfboden in Echtzeit überwacht. Bei lokaler Überhitzung (z. B. Anbrennen) wird die Leistung automatisch reduziert. Im Vergleich zu herkömmlichen Thermoelementen ist die Temperaturregelung fünfmal schneller.
4. Präzisionsbewässerungssystem für die Landwirtschaft
Ein landwirtschaftlicher Betrieb in Israel nutzt die Infrarot-Wärmebildkamera Heimann HTPA32x32, um die Temperatur der Pflanzenbestände zu überwachen und anhand von Umweltparametern ein Transpirationsmodell zu erstellen. Das System passt die Tropfbewässerungsmenge automatisch an und spart so 38 % Wasser im Weinberg bei gleichzeitiger Ertragssteigerung von 15 %.
5. Online-Überwachung von Stromversorgungssystemen
State Grid setzt in Hochspannungsumspannwerken Online-Infrarotthermometer der Serie Optris PI ein, um die Temperatur wichtiger Bauteile wie Sammelschienenverbindungen und Isolatoren rund um die Uhr zu überwachen. Im Jahr 2022 konnte ein Umspannwerk erfolgreich vor einem schlechten Kontakt von 110-kV-Trennschaltern warnen und so einen regionalen Stromausfall verhindern.
Innovative Entwicklungstrends
Multispektrale Fusionstechnologie: Die Infrarot-Temperaturmessung wird mit Bildern im sichtbaren Licht kombiniert, um die Zielerkennung in komplexen Szenarien zu verbessern.
KI-gestützte Temperaturfeldanalyse: Analyse der Temperaturverteilungseigenschaften auf Basis von Deep Learning, z. B. automatische Kennzeichnung von Entzündungsherden im medizinischen Bereich.
MEMS-Miniaturisierung: Der von AMS eingeführte Sensor AS6221 ist nur 1,5 × 1,5 mm groß und kann in Smartwatches integriert werden, um die Hauttemperatur zu überwachen.
Integration des drahtlosen Internets der Dinge: Infrarot-Temperaturmessknoten gemäß LoRaWAN-Protokoll ermöglichen Fernüberwachung im Kilometerbereich und eignen sich für die Überwachung von Ölpipelines.
Auswahlvorschläge
Lebensmittelverarbeitungslinie: Modelle mit Schutzart IP67 und Reaktionszeit <100 ms priorisieren
Laborforschung: Achten Sie auf eine Temperaturauflösung von 0,01℃ und eine Datenausgabeschnittstelle (z. B. USB/I2C).
Anwendungen im Brandschutz: Wählen Sie explosionsgeschützte Sensoren mit einem Messbereich von über 600 °C, ausgestattet mit Rauchdurchdringungsfiltern.
Mit der zunehmenden Verbreitung von 5G- und Edge-Computing-Technologien entwickeln sich Infrarot-Temperatursensoren von einfachen Messgeräten zu intelligenten Sensorknoten und zeigen damit ein größeres Anwendungspotenzial in Bereichen wie Industrie 4.0 und Smart Cities.
Veröffentlichungsdatum: 11. Februar 2025