Welche unterschiedlichen Temperatursensoren gibt es?

Die Erstellung intelligenter Technologieprojekte wird immer einfacher. Dank Arduino, Raspberry Pi und ESP32 können Bastler und Profis selbst loslegen. Temperatursensoren sind hierbei oft unverzichtbar. Sie messen die Umgebungstemperatur und ermöglichen die Automatisierung, von der Heimautomatisierung bis zur industriellen Steuerung. In diesem Artikel entdecken Sie die wichtigsten Typen von Temperatursensoren, wie beispielsweise DS18B20, DHT11 und DHT22. Wir erklären, wie sie funktionieren, worin sie sich unterscheiden und welche Vor- und Nachteile sie haben. Darüber hinaus geben wir Tipps zur Auswahl des richtigen Sensors, abgestimmt auf Ihr Projekt und Ihre Umgebung.

Wie funktionieren Temperatursensoren?

Ein Temperatursensor misst die Temperatur durch Änderungen physikalischer oder elektrischer Eigenschaften. Diese Eigenschaften reagieren auf Wärme oder Kälte und können in messbare Signale umgewandelt werden. Es gibt fünf Haupttypen von Sensoren, jeder mit seiner eigenen Technologie.

Widerstandsthermometer (RTDs) 
RTDs verwenden Metalle, deren Widerstand sich bei Temperaturänderungen ändert. Ein bekanntes Beispiel ist der PT100, der bei 0 °C genau 100 Ohm misst. RTDs sind hochgenau und stabil. Allerdings benötigen sie zusätzliche Elektronik, um die kleinen Veränderungen richtig messen zu können.

Halbleitersensoren 
Sensoren wie der LM35 und der TMP36 verwenden integrierte Schaltkreise. Sie wandeln die Temperatur direkt in eine analoge Spannung um. Mikrocontroller können diese Spannung problemlos lesen. Sie sind kostengünstig und einfach zu verwenden. Bei extremen Temperaturen nimmt die Genauigkeit manchmal ab.

Digitale Sensoren 
Digitale Modelle, wie der DS18B20, senden Messdaten über Protokolle wie One-Wire. Dadurch können Sie mehrere Sensoren an eine Datenleitung anschließen. Neben der Temperatur messen DHT11 und DHT22 auch die Luftfeuchtigkeit. Sie kommunizieren über eine serielle Verbindung und sind in Klimaprojekten beliebt.

Thermistoren 
Thermistoren sind empfindliche Widerstände, die stark auf Temperatur reagieren. NTCs verringern ihren Widerstand, wenn sie erhitzt werden. PTCs bewirken das Gegenteil. Sie sind günstig und genau, aber nicht linear. Daher erfordern sie eine Kalibrierung und eine Spannungsteilerschaltung, um nutzbare Signale bereitzustellen.

Thermoelemente 
Thermoelemente bestehen aus zwei Metallen, die bei Temperaturunterschieden gemeinsam eine kleine Spannung erzeugen. Dieses Signal ist schwach, daher wird ein Verstärker benötigt, beispielsweise der MAX6675. Sie sind robust und für hohe Temperaturen geeignet, beispielsweise in Industrieöfen oder Motoren.

Temperatursensoren im Detail

DS18B20

Der DS18B20 ist ein digitaler Temperatursensor. Es verwendet das One-Wire-Protokoll, das die Kommunikation mehrerer Sensoren über ein einziges Datenkabel ermöglicht. Dies vereinfacht die Verdrahtung enorm. Der Sensor misst Temperaturen von -55 bis +125 Grad Celsius. Die Auflösung ist zwischen 9 und 12 Bit einstellbar.

Der Sensor wandelt die Temperatur direkt in digitale Werte um. Diese Werte werden über die Datenleitung gesendet. Bei parasitärer Stromversorgung wird der Sensor sogar über dasselbe Kabel mit Strom versorgt. Dadurch können Sie mehrere Sensoren ohne großen Verkabelungsaufwand anschließen.

Bibliotheken wie OneWire und DallasTemperature erleichtern das Auslesen des Sensors mit einem Arduino. Dies macht den DS18B20 beliebt für Projekte, die mehrere Messpunkte erfordern, wie etwa intelligente Thermostate, Wetterstationen oder Klimaüberwachung. Das DS18B20 wird auch häufig als Thermometer in Aquarien und Feuchträumen verwendet. Es ist auch eine wasserdichte Version dieses Sensors erhältlich.

Vorteile

• Einfache Verdrahtung
• Große Reichweite und gute Genauigkeit
• Wird in vielen Softwarebibliotheken unterstützt
• Wasserdichte Version erhältlich

DHT11 und DHT22

DHT11 und DHT22 messen nicht nur die Temperatur, sondern auch die Luftfeuchtigkeit. Dadurch eignen sie sich sehr gut für Anwendungen, bei denen eine Klimakontrolle wichtig ist. Beide Sensoren arbeiten digital und nutzen die serielle Kommunikation über ein einzelnes Datenkabel.

Der DHT11 ist der einfachste. Es misst Temperaturen zwischen 0 und 50 Grad mit einer Genauigkeit von 2 Grad (oft genauer). Es misst die Luftfeuchtigkeit zwischen 20 und 90 Prozent mit einer Genauigkeit von 5 Prozent. Es ist kostengünstig und für grundlegende Projekte wie Raumklimamessungen geeignet.

Der DHT22 ist genauer und misst einen größeren Bereich: von -40 bis +80 Grad und 0 bis 100 Prozent Luftfeuchtigkeit. Es ist zwar etwas teurer, bietet aber eine bessere Leistung. Dadurch eignet es sich für Projekte, bei denen mehr Genauigkeit erforderlich ist.

Beide Sensoren funktionieren mit vorhandenen Bibliotheken. Sie senden ihre Messungen als digitale Impulse, die der Mikrocontroller dekodiert. Dadurch lassen sie sich einfach in Arduino- oder Raspberry Pi -Projekte integrieren.

Vorteile

• Kombinieren Sie Temperatur und Luftfeuchtigkeit
• Einfache Kommunikation
• Budgetfreundlich, insbesondere das DHT11

LM35 und TMP36

LM35 und TMP36 sind analoge Temperatursensoren. Sie liefern ein Spannungssignal, das linear proportional zur Temperatur ist. Dadurch sind sie einfach und schnell zu verwenden.

Der LM35 liefert eine sofortige Ausgangsspannung in Grad Celsius. Pro Grad erhöht sich die Spannung um 10 Millivolt. Dadurch ist keine aufwändige Kalibrierung erforderlich. Der Sensor reagiert schnell auf Temperaturänderungen. Darüber hinaus funktioniert es gut in Echtzeitanwendungen wie Temperaturreglern oder Wetterstationen.

Der TMP36 ist dem LM35 sehr ähnlich, arbeitet jedoch mit einer niedrigeren Versorgungsspannung und hat einen größeren Temperaturbereich. Es verfügt über einen Ausgang, der direkt von Mikrocontrollern verwendet werden kann. Dies macht es bei Bastlern beliebt, die nach einer erschwinglichen Lösung suchen.

Vorteile

• Direkte Spannungsausgabe ohne kompliziertes Protokoll
• Günstig und vielseitig einsetzbar
• Geeignet für schnelle und einfache Messungen

BME280 und BMP180

Der BME280 ist ein fortschrittlicher Sensor, der drei Funktionen kombiniert: Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck. Es ist für Anwendungen konzipiert, bei denen mehrere Umweltfaktoren gleichzeitig gemessen werden müssen. Beispielsweise in Wetterstationen oder IoT-Systemen. Der Sensor kommuniziert über I2C oder SPI und wird sowohl von Arduino als auch von Raspberry Pi gut unterstützt.

Der BME280 ist präzise, stabil und flexibel einsetzbar. Es ist klein, liefert aber zuverlässige Daten. Die internen Algorithmen sorgen für stabile und konsistente Messwerte. Dies macht es zu einem Favoriten in intelligenten Anwendungen wie der Raumklimaregelung oder der Wettervorhersage.

Der BMP180 ist in erster Linie ein Luftdrucksensor. Es enthält außerdem einen einfachen Temperatursensor, der hauptsächlich zur Kalibrierung der Luftdruckmessungen verwendet wird. Dieser Sensor ist kleiner und etwas einfacher als der BME280. Es ist jedoch weiterhin in Anwendungen nützlich, bei denen der Luftdruck wichtig ist.

Beide Sensoren sind in tragbaren Systemen und Projekten mit begrenztem Platzangebot beliebt, wie etwa Drohnen oder mobilen Wetterstationen.

Vorteile

• Mehrere Messungen in einem Chip (BME280)
• Kompakte Bauweise
• Flexible Kommunikationsmöglichkeiten

Thermistoren

Thermistoren sind Widerstände, die stark auf Temperatur reagieren. Es gibt zwei Typen: NTC und PTC. Bei NTCs verringert sich der Widerstand mit steigender Temperatur. PTCs bewirken das Gegenteil. Aufgrund ihrer Empfindlichkeit eignen sich Thermistoren ideal für die genaue Temperaturmessung in kleinen Systemen.

Sie sind klein, günstig und schnell. Sie sind jedoch nicht linear, was bedeutet, dass Sie die Signale per Software korrigieren müssen. Sie funktionieren am besten, wenn sie richtig kalibriert und mit einem Spannungsteiler verwendet werden. Über einen analogen Eingang können Sie die Messwerte dann auslesen.

Thermistoren werden häufig in Haushaltsgeräten, Heizsystemen und Fahrzeugen verwendet. Sie sind robust und zuverlässig, erfordern jedoch bei der Installation etwas mehr Aufmerksamkeit.

Vorteile

• Hohe Empfindlichkeit
• Niedrige Kosten
• Vielseitig einsetzbar

Nachteile

• Nichtlineares Verhalten
• Erfordert Kalibrierung und zusätzliches Umschalten

Thermoelemente

Thermoelemente bestehen aus zwei verschiedenen Metallen, die an einem Ende verbunden sind. Bei einem Temperaturunterschied zwischen Anschlusspunkt und dem anderen Ende entsteht eine kleine Spannung. Dies wird als Seebeck-Effekt bezeichnet.

Thermoelemente eignen sich sehr gut zum Messen hoher Temperaturen. Denken Sie an Industrieöfen, Motoren und andere schwere Anwendungen. Da die erzeugte Spannung sehr gering ist, benötigen Sie einen Verstärker- oder Konverterchip. Die Chips MAX6675 und MAX31855 werden häufig verwendet, um dieses Signal lesbar zu machen.

Sie sind robust, preiswert und halten extremen Bedingungen stand. Daher werden sie häufig in industriellen und wissenschaftlichen Projekten eingesetzt. In Hobbyprojekten sind sie aufgrund der erforderlichen zusätzlichen Elektronik etwas schwieriger.

Vorteile

• Geeignet für sehr hohe Temperaturen
• Robust und zuverlässig
• Breiter Einsatz in der Industrie

Nachteile

• Erfordert Signalverstärkung
• Zum Lesen sind mehr technische Kenntnisse erforderlich

Anwendungen und Integration mit gängigen Plattformen

Arduino

Arduino ist bei Anfängern und Fortgeschrittenen beliebt. Die Plattform bietet viele Bibliotheken für die Verwendung von Temperatursensoren. Unabhängig davon, ob Sie mit einem DS18B20, DHT11 oder LM35 arbeiten, ist die Installation oft einfach. Dank der benutzerfreundlichen Software können Sie schnell mit der Messung beginnen.

Anwendung 
Ein klassisches Arduino-Projekt ist eine Wetterstation. Dazu kombinieren Sie Sensoren wie den DS18B20, DHT22 oder BME280. So messen Sie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck. Die Daten können auf einem LCD angezeigt oder per WLAN an einen Server gesendet werden.

Raspberry Pi

Auf dem Raspberry Pi läuft ein vollständiges Betriebssystem. Dadurch können Sie Sensordaten direkt analysieren oder speichern. Schließen Sie digitale Sensoren wie DS18B20 und DHT22 an die GPIO-Pins an. Dank Python und nützlichen Bibliotheken läuft die Integration reibungslos.

Anwendung
Nutzen Sie den Raspberry Pi in einem Smart-Home-Projekt. Messen Sie beispielsweise die Temperatur in mehreren Räumen. Speichern Sie die Daten in einer Datenbank und schließen Sie zusätzliche Sensoren wie den BME280 an, um ein vollständiges Klimabild zu erhalten.

ESP32

Der ESP32 ist ein leistungsstarker Mikrocontroller mit WLAN und Bluetooth. Dies macht es ideal für drahtlose Anwendungen. Es unterstützt sowohl digitale als auch analoge Sensoren. Für Datenanalysen und Steuerungsprozesse ist die Rechenleistung mehr als ausreichend.

Anwendung
Ein ESP32 eignet sich für das Bargeldmanagement. Messen Sie die Bodentemperatur mit DS18B20. Fügen Sie DHT22 für die Luftfeuchtigkeit hinzu. Senden Sie alles drahtlos und verwalten Sie das System aus der Ferne.

Auswahl des richtigen Temperatursensors

Die Auswahl eines Sensors hängt von Ihrem Projekt ab. Sie müssen auf Genauigkeit, Umgebung, Kosten und Integration achten. Nachfolgend finden Sie die wichtigsten Überlegungen.

1. Messbereich und Genauigkeit

Ist Ihr Projekt extremer Kälte oder Hitze ausgesetzt? Wählen Sie dann einen Sensor mit einem weiten Temperaturbereich, beispielsweise den DS18B20 oder DHT22. Für den Einsatz im Innenbereich reicht oft ein einfacheres Modell aus.

Sie möchten genaue Messungen? Dann wählen Sie einen hochauflösenden Sensor. Bei wissenschaftlichen Anwendungen oder der Temperaturregelung zählt jedes Grad. Am besten geeignet sind dann der DHT22 oder gut kalibrierte analoge Sensoren.

2. Kommunikation und Verbindung

Digitale Sensoren sind einfacher zu verwenden als analoge. Sie wandeln das Signal selbst um und erleichtern so Ihrem Mikrocontroller die Arbeit. Beispiele sind DS18B20 und DHT22.

Beachten Sie auch das Kommunikationsprotokoll. Arduinos verwenden häufig One-Wire oder I2C. Wählen Sie einen Sensor, der zu den verfügbaren Anschlüssen auf Ihrer Platine passt.

3. Zusätzliche Funktionen und mehrere Sensoren

Manchmal möchte man mehr als nur die Temperatur. Denken Sie an Luftfeuchtigkeit oder Luftdruck. Der BME280 bietet alle diese Messungen in einem Chip.

Müssen Sie an mehreren Stellen messen? Dann ist der DS18B20 nützlich. Sie können mehrere gleichzeitig an ein Kabel anschließen.

4. Kosten und Verfügbarkeit

Arbeiten Sie mit einem begrenzten Budget? DHT11 und LM35 sind preiswert, aber weniger genau. Für professionelle Projekte lohnt es sich, etwas mehr in einen Sensor wie den DHT22 oder BME280 zu investieren.

Beliebte Sensoren wie der DS18B20 sind weit verbreitet und verfügen über umfangreichen Online-Support.

5. Bedingungen und Installation

Befindet sich Ihr Sensor im Freien oder in feuchter Luft? Dann ist ein wasserdichtes Gehäuse wie das DS18B20 eine kluge Wahl. Achten Sie außerdem darauf, wie Sie den Sensor montieren und vor äußeren Einflüssen schützen.

Praktische Tipps zum Einsatz von Temperatursensoren

Möchten Sie das Beste aus Ihrem Temperatursensor herausholen? Dann befolgen Sie diese praktischen Tipps. Sie verbessern die Genauigkeit und gewährleisten einen stabilen Betrieb.

1. Kalibrierung

Kalibrieren Sie Ihren Sensor, insbesondere bei analogen Typen oder Thermistoren. Diese reagieren empfindlich auf Abweichungen und sind häufig nicht linear. Auch bei digitalen Sensoren kann es zu leichten Abweichungen kommen. Verwenden Sie nach Möglichkeit eine Referenzmessung. Korrigieren Sie die Ergebnisse gegebenenfalls softwaremäßig.

2. Stabile Stromversorgung

Insbesondere analoge Sensoren reagieren empfindlich auf Schwankungen in der Stromversorgung. Verwenden Sie daher eine stabile, geregelte Stromquelle. Fügen Sie bei Bedarf einen Kondensator hinzu, um das Rauschen zu unterdrücken. So beugen Sie Störungen und Fehlmessungen vor.

3. Kurze, geschirmte Leitungen

Halten Sie die Verkabelung so kurz wie möglich. Dies ist insbesondere bei analogen Sensoren von entscheidender Bedeutung. Ihre Signale sind schwach und können leicht gestört werden. Verwenden Sie geschirmte Kabel, wenn Sie in einer störungsanfälligen Umgebung arbeiten.

4. Verwenden Sie Softwarefilter

Fügen Sie Ihrem Code Filter hinzu, beispielsweise einen gleitenden Durchschnitts- oder Medianfilter. Dies trägt dazu bei, das Messrauschen zu dämpfen. Filter sind besonders in Installationen nützlich, in denen elektrische Störungen auftreten. Aber auch bei der Kombination mehrerer Sensoren.

5. Sensoren vergleichen

Platzieren Sie mehrere Sensoren nebeneinander. Auf diese Weise können Sie feststellen, ob eine Abweichung vorliegt. Dies ist bei Experimenten oder in sich verändernden Umgebungen nützlich. Abweichungen können Sie anschließend per Software ausgleichen.

6. Nutze die Community

Sie finden online zahlreiche Dokumentationen, Beispiele und Tipps. Die Arduino-, Raspberry Pi und ESP32-Community kann Ihnen bei Sensorproblemen oder Codefragen schnell weiterhelfen.

Abschluss

Temperatursensoren sind in modernen Elektronik- und IoT-Projekten unverzichtbar. Ob Sie mit einem DS18B20, DHT11, DHT22, LM35 oder TMP36 arbeiten, die richtige Wahl hängt von Ihrem Einsatzzweck ab. Für erweiterte Anwendungen, wie beispielsweise Wetterstationen oder Raumklimamessung, bietet der BME280 durch die Messung mehrerer Parameter zusätzliche Möglichkeiten.

Berücksichtigen Sie bei Ihrer Auswahl Messbereich, Genauigkeit und Kompatibilität mit Ihrem System. Digitale Sensoren lassen sich oft einfacher integrieren. Analoge Varianten erfordern mehr Aufmerksamkeit, können aber bei richtiger Kalibrierung genau sein. Auch Ihr Budget spielt eine Rolle: Für einfache Projekte sind keine teuren Sensoren erforderlich. Während komplexe Anwendungen eine bessere Leistung erfordern.

Sorgen Sie für eine stabile Stromversorgung, ordnungsgemäße Verkabelung und Kalibrierung. Verwenden Sie Softwarekorrekturen, um Messrauschen zu minimieren. Auf diese Weise erhalten Sie zuverlässige Daten, die für die Automatisierung, Überwachung oder Steuerung unerlässlich sind.

In diesem Artikel lesen Sie, wie unterschiedliche Sensortypen funktionieren und wie Sie sie anwenden. Mit diesem Wissen können Sie gezieltere Entscheidungen treffen und bessere Projekte erstellen. Egal ob Sie gerade erst mit Mikrocontrollern anfangen oder schon jahrelange Erfahrung haben. Ihr Erfolg hängt von der richtigen Kombination aus Hardware und intelligenter Software ab.

Testen, lernen und verbessern Sie weiter. Experimentieren Sie mit Sensoren, vergleichen Sie Ergebnisse und optimieren Sie Ihr Setup. Die Welt der Temperaturmessung bietet zahlreiche Möglichkeiten für intelligente, praktische und innovative Anwendungen.