Welche Temperatursensoren brauche ich eigentlich wann?
Die Wahl des richtigen Temperatursensors kann besonders bei dem ersten Tieftemperaturexperiment diffizil sein. Doch es gibt einige allgemeine Eigenschaften der verschiedenen Sensortypen, die bei der Auswahl hilfreich sind.
Silizium-Dioden der S950-Serie sind die beste Wahl für den universellen kryogenen Einsatz zwischen 1,4 K und 400 K. Die Sensoren sind austauschbar (sie folgen einer Standardkurve) und in robusten Montagepaketen unterschiedlicher Bauart erhältlich, wie in der Abbildung 1 gezeigt.
Abb. 1: Siliziumdioden
Sie sind einfach aufgebaut, kostengünstig und werden in einer Vielzahl von kryogenen Anwendungen eingesetzt, wie z. B. Kryokühler, Labor-Kryotechnik, Kryo-Gas-Produktion und Weltraum-Satelliten.
Platin-RTDs (resistance temperature detectors) sind ein Industriestandard und werden auch vom National Institute of Standards and Technology (NIST) von 14 K bis 1235 K eingesetzt. Sie folgen einer Industriestandardkurve bis zu 30 K mit guter Empfindlichkeit über die gesamte Bandbreite. Bei tieferen Temperaturen müssen die RTDs individuell kalibriert werden. Aufgrund ihrer hohen Reproduzierbarkeit werden sie in vielen Präzisions-Messungen eingesetzt. Platin-RTDs haben begrenzte Bauarten, sind preiswert und erfordern nur eine einfache Instrumentierung. Sie sind weit verbreitet bei Anwendungen mit flüssigem Stickstoff oder höheren Temperaturen.
Abb. 2: Platin-RTDs
Rutheniumoxid-RTDs können bis unter 50 mK verwendet werden. Einzigartige Vorteile sind der niedrige Magnetwiderstand und eine Standardkurve. Ihre obere Temperaturgrenze liegt bei 40 K (Cernox™ sind in Magnetfeldern über 2 K besser). Rutheniumoxid-Sensoren werden für Anwendungen eingesetzt, die eine Standardkurve in Magnetfeldern, wie MRI-Systemen, erfordern. Neben Germanium sind sie die einzigen kryogenen Temperatursensoren, die unter 100 mK eingesetzt werden können.
GaAlAs-Dioden bieten eine hohe Empfindlichkeit über einen breiten Einsatzbereich (1,4 K bis 500 K). Sie sind gut geeignet in moderaten Magnetfeldern und bieten viele der Vorteile von Silizium-Dioden. Da sie aber keiner Standardkurve folgen, werden meist Silizium-Dioden bevorzugt (außer bei moderaten Magnetfeldanwendungen). In diesem Fall sind Cernox-Sensoren zu favorisieren, die von 100 mK bis 420 K mit guter Empfindlichkeit über den gesamten Temperaturbereich eingesetzt werden können. Sie haben einen geringen Magnetwiderstand und sind die beste Wahl für Anwendungen mit Magnetfeldern bis zu 30 T (bei Temperaturen über 2 K). Cernox-Sensoren sind zudem resistent gegen ionisierende Strahlung.
Weitere Sensoren, die jedoch aufgrund ihrer geringen Genauigkeit nur bedingt für Tieftemperaturexperimente einsetzbar sind, sind Thermoelemente und Kapazitätssensoren. Thermoelemente können über ein extrem breites Spektrum auch in rauen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden und folgen einer Standard-Ansprechkurve. Kapazitätssensoren eignen sich ideal als Regelsensoren in starken Magnetfeldern, da sie praktisch keine Magnetfeldabhängigkeit aufweisen. Kleine Variationen der Kapazitäts-/Temperaturkurven treten beim thermischen Zyklus auf. Es wird empfohlen, dass die Temperatur im Nullfeld mit einem anderen kryogenen Temperatursensor gemessen und der Kapazitätssensor als Steuerelement verwendet wird.
Haben Sie Fragen? Dann melden Sie sich einfach bei uns! Von den beschriebenen Temperatursensoren können wir Ihnen momentan leider nur Silizium-Dioden, Platin- und Rutheniumoxid-RTDs anbieten.
