Temperatursensoren für Rechenzentrum und Serverraum

Sensoren helfen dabei, wichtige Umgebungsparameter im Rechenzentrum und Serverraum im Auge zu behalten. In der Regel sind in Rechenzentren mehrere Sensoren installiert, wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Strom, Wasserleckage und mehr. Wir erläutern Ihnen die verschiedenen Arten von Temperatursensoren und ihre Verwendung im Rechenzentrum.

Eine erhöhte Temperatur im Rechenzentrum kann zu Ausfallzeiten aufgrund von Überhitzung führen. Ausfallzeiten verursachen Kosten, ebenso wie die Reparatur oder der Austausch der betroffenen Geräte. Mit der richtigen Überwachungstechnik können Sie Probleme bezüglich der Umgebungstemperatur schnell erkennen und beheben. 

Die Auswahl des richtigen Temperaturüberwachungssystems kann eine Herausforderung sein. Um ein sicheres und einheitliches Klima im Rechenzentrum und Serverraum zu schaffen, sollten Sie zahlreiche Elemente kontrollieren und die besten Systeme zur Überwachung der Umgebungstemperatur analysieren. Abhängig von Ihrem Rechenzentrum, sollten Sie in Erwägung ziehen, jeden Schrank mit mehreren Sensoren in einem einzigen Rack thermisch abzubilden. 

Welche Sensoren sollten im Rechenzentrum und Serverraum genutzt werden?

Temperatursensoren

Die Temperatur hat einen großen Einfluss auf die Server. Damit sie ordnungsgemäß funktionieren, müssen sie innerhalb eines bestimmten Betriebsbereichs gehalten werden. Abhängig von der Größe Ihres Rechenzentrums und dem Alter der Geräte kann dieser Bereich variieren. Sensoren für die Umgebungstemperatur zeigen Überhitzungen an, so dass Sie Ausfallzeiten vermeiden können. 

Luftfeuchtigkeitssensoren

In einem Rechenzentrum ist die Luftfeuchtigkeit fast genauso wichtig wie die Temperatur. Ist die Luftfeuchtigkeit zu niedrig, kann es zu elektrostatischen Entladungen kommen. Ist sie zu hoch, kann es zu Kondensation kommen. Sensoren für die relative Luftfeuchtigkeit melden Ihnen, wenn die Luftfeuchtigkeit den eingestellten Bereich überschreitet, so dass Sie die Luftfeuchtigkeit ändern können, bevor Probleme auftreten. 

Luftstromsensoren

Wenn die Luftzirkulation im Rechenzentrum schlecht ist, können Ihre Geräte darunter leiden. Server, die heiße, stagnierende Luft aufnehmen, können nicht effizient gekühlt werden. Mit Hilfe von Luftstromsensoren können Sie den Luftstrom im Rechenzentrum und Serverraum erfassen und verfolgen sowie eine stabilere Umgebung schaffen. Wenn zum Beispiel die Luft unter den Racks zu heiß ist, sollten Sie ein Luftzufuhrsystem einrichten, um die Luft nach oben zu leiten. 

Platzierung der Sensoren

Konzentrieren Sie sich beim Einsatz von Sensoren auf Rack-Ebene zunächst auf die heißen Zonen. Da Wärme nach oben steigt, sollten die Sensoren an der Oberseite der Racks angebracht werden. Platzieren Sie Sensoren oben, unten und in der Mitte der Serverracks, um einen vollständigen Überblick über den Luftstrom im Rechenzentrum zu erhalten. Wenn Sie Sensoren an der Vorder- und Rückseite des Racks anbringen, können Sie die Temperaturen der einströmenden und abströmenden Luft überwachen und das Delta T (∆T) berechnen. 

Raumsensoren sollten in der Nähe von Klimaanlagen angebracht werden. Auf diese Weise können Sie Probleme mit bestimmten Klimaanlagen feststellen. Andernfalls sind die Sensoren nicht in der Lage, ein Problem zu erkennen, da die anderen Geräte Überstunden machen, um es auszugleichen. Überlegen Sie anhand der Konfiguration des Rechenzentrums, welche Orte für die Platzierung am sinnvollsten sind. 

Welche Arten von Temperatursensoren gibt es?

Temperatursensoren werden täglich für das Temperaturmanagement in Gebäuden, die Regulierung der Wassertemperatur und die Steuerung von Kühlschränken eingesetzt. Temperatursensoren werden auch in der Verbraucher-, Medizin- und Industrieelektronik eingesetzt. 

Die Anforderungen an Temperatursensoren können je nach Anwendung variieren. Es kommt darauf an, was gemessen wird (Luft, Masse oder Flüssigkeit), wo es gemessen wird (im Innen- oder Außenbereich) und welcher Temperaturbereich überwacht werden soll. Thermoelemente, Widerstandstemperaturdetektoren (RTD), Thermistoren und integrierte Schaltungen auf Halbleiterbasis sind die vier gängigsten Arten von Temperatursensoren in der modernen Elektronik (IC). 

Thermoelemente

Der gebräuchlichste Typ von Temperatursensoren ist das Thermoelement. Sie werden in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, z. B. in der Fertigungsindustrie, der Automobilindustrie und der Konsumgüterindustrie. Thermoelemente sind stromunabhängig, benötigen keine Stimulation und reagieren schnell. Sie können in einem breiten Temperaturbereich eingesetzt werden. 

Thermoelemente werden durch Verbinden zweier Metalldrähte hergestellt, die nicht gleich sind. Daraus resultiert der Seebeck-Effekt. Der Seebeck-Effekt tritt auf, wenn ein Temperaturunterschied zwischen zwei verschiedenen Leitern zu einer Spannungsdifferenz zwischen den beiden Substanzen führt. Diese Spannungsdifferenz kann gemessen und zur Berechnung der Temperatur verwendet werden. 

Thermoelemente gibt es in verschiedenen Formen und Größen und aus unterschiedlichen Materialien, so dass ein breites Spektrum an Temperaturbereichen und Empfindlichkeiten abgedeckt wird. Die verschiedenen Kategorien werden durch die ihnen zugewiesenen Buchstaben unterschieden. Der K-Typ ist der am häufigsten verwendete. 

Die Tatsache, dass Thermoelemente eine begrenzte Ausgangsspannung haben, die eine genaue Verstärkung erfordert, sowie ihre Empfindlichkeit gegenüber externen Störungen durch lange Kabel und kalte Verbindungsstellen machen die Temperaturmessung schwierig. Die Thermoelementdrähte berühren die Kupferspuren des Signalschaltkreises an einer kalten Verbindungsstelle. Dies führt zu einem zweiten Seebeck-Effekt, der mit einer als Kaltstellenkompensation bekannten Technik ausgeglichen werden muss. 

RTD (Widerstands-Temperatur-Detektor)

Der Widerstand von Metall ändert sich bei Temperaturänderungen. RTD-Temperatursensoren beruhen auf dieser Widerstandsdifferenz. Ein Widerstand mit genau definierten Eigenschaften des Widerstands gegenüber der Temperatur wird als RTD bezeichnet. Das beliebteste und genaueste Material zur Herstellung von RTD ist Platin. 

PRTD ist eine andere Bezeichnung für Platin-RTD. Bei 0 °C sind sie häufig mit Widerständen von 100 und 1000 erhältlich. Sie sind als PT100 bzw. PT1000 bekannt. 

Platin-Widerstandsthermometer werden verwendet, weil sie einen nahezu linearen Temperaturverlauf aufweisen, stabil und genau sind, reproduzierbare Ergebnisse liefern und einen großen Temperaturbereich haben. Aufgrund ihrer Genauigkeit und Reproduzierbarkeit werden RTD häufig in Präzisionsanwendungen eingesetzt. 

RTD-Elemente haben in der Regel eine größere thermische Masse und reagieren daher langsamer auf Temperaturänderungen als Thermoelemente. Die Signalaufbereitung ist bei RTD wichtig. Außerdem muss ein Erregerstrom durch den RTD fließen. Wenn dieser Strom bekannt ist, kann der Widerstand berechnet werden. 

Es gibt Konfigurationen mit zwei, drei und vier Drähten. Die Zweidrahtoption ist nützlich, wenn die Leitungslänge so kurz ist, dass der Widerstand die Messgenauigkeit nicht wesentlich beeinträchtigt. Bei der Drei-Draht-Variante wird eine RTD-Sonde hinzugefügt, die den Erregerstrom führt. Dadurch kann der Leitungswiderstand aufgehoben werden. Vierdrahtmessgeräte sind am genauesten, da getrennte Kraft- und Messleitungen den Effekt des Drahtwiderstands ausschalten. 

Thermistoren

Temperaturschwankungen führen zu quantifizierbaren Widerstandsänderungen bei Thermoelementen, die mit RTD vergleichbar sind. Thermistoren bestehen häufig aus einem Polymer oder einer Keramik. Thermistoren sind oft preiswerter als RTD, aber sie sind auch weniger genau. Die meisten Thermistoren sind in Zweidrahtausführung erhältlich. 

Der am häufigsten verwendete Thermistor für Temperaturmessungen ist der NTC-Thermistor (Negative Temperature Coefficient). Der Widerstand eines NTC-Thermistors nimmt mit steigender Temperatur ab. Der Temperaturwiderstand von Thermoelementen ist nichtlinear. Um die Daten richtig zu verstehen, ist daher eine umfangreiche Änderung erforderlich. 

Halbleiterbasierte ICS

Es gibt zwei Arten von Temperatursensor-ICs auf Halbleiterbasis: lokale Temperatursensoren und digitale Temperatursensoren mit Fernsteuerung. Lokale Temperatursensoren sind integrierte Schaltungen, welche die physikalischen Eigenschaften eines Transistors nutzen, um die Temperatur ihres eigenen Chips zu überwachen. Die Temperatur eines externen Transistors wird mit entfernten digitalen Temperatursensoren gemessen. 

Für lokale Temperatursensoren gibt es analoge oder digitale Ausgänge. Digitale Ausgänge gibt es in einer Vielzahl von Formen, darunter I2C, SMBus, 1-Wire und Serial Peripheral Interface (SPI). Analoge Ausgänge können entweder Spannung oder Strom sein. Die Temperatur von Leiterplatten oder der sie umgebenden Luft wird mit lokalen Temperatursensoren erfasst. 

Digitale Ferntemperatursensoren nutzen die physikalischen Eigenschaften eines Transistors und funktionieren ähnlich wie lokale Temperatursensoren. In diesem Fall ist der Transistor vom Sensorchip getrennt. Ein bipolarer Sensortransistor ist in einigen Mikroprozessoren und FPGA enthalten, um die Temperatur des IC-Chips zu messen. 

Temperaturüberwachung in Echtzeit

ASHRAE empfiehlt eine Mindestanzahl von sechs Temperatursensoren pro Rack. Zur Überwachung der Lufteintritts- und -austrittstemperaturen werden drei an der Vorderseite (oben, in der Mitte und unten) und drei an der Rückseite angebracht. Mehr als sechs Sensoren pro Rack werden üblicherweise in Einrichtungen mit hoher Dichte verwendet, um genauere Temperatur- und Luftstrommodelle zu erstellen, was insbesondere für Rechenzentren und Serverräume, die bei einer Umgebungstemperatur von 26°C betrieben werden, dringend empfohlen wird. 

Und warum? Weil man einen Hotspot nicht finden kann, wenn man ihn nicht sehen kann. Wenn eine sichere Temperaturschwelle überschritten wird, informiert die Echtzeit-Temperaturüberwachung, die mit dem Netzwerk des Rechenzentrums verbunden ist, ausgewählte Mitarbeiter per SNMP, SMS oder E-Mail. 

Auch hier gilt: Je mehr Sensoren Sie haben, desto besser. Es ist gut zu wissen, dass Sie Zugang zu einem Echtzeit-Warnsystem haben. Noch besser ist es, wenn Sie sich ein computergeneriertes Modell ansehen können, das von einer Reihe von Rack-Sensoren gesteuert wird, und die Ursache des Problems ausfindig machen können.