Temperatur-Fibel

1 Testo Industrial Services Mehr Service, mehr Messtechnik und Kalibrierung Fibel/Lexikon3. Auflage3 VorwortDie temperatur ist ein Begriff, den wir beinahe t glich gebrauchen. Ein Begriff, oder besser ein Zustand, ber den wir schimpfen, wenn es uns zu warm oder zu kalt ist. Jeder Mensch kann Temperaturen innerhalb eines einge-schr nkten Temperaturbereiches erf hlen und ihnen einen ungef hren Wert zuweisen. Diese Temperaturangabe ist rein subjektiv und nicht reproduzierbar auf einen bestimmten Messwert zur ckzuf hren. Wir m chten aufdiese Hintergr nde etwas genauer eingehen und zum besseren Verst ndnis der temperatur beitragen. Die Erfassung der temperatur ist von gro er Bedeutung f r viele Industrieprozesse.

2 Durch direkte Kontrolle der temperatur werden Qua-lit tskriterien f r die verschiedensten Produkte und Anlagen dieser Fibel geben wir Ihnen einen berblick ber die Eigenschaften verschiedener Tempe-raturmessger te und -f hler sowie viele Tipps und Anleitungen zur Umsetzung bzw. Reali-sierung bez glich der Kalibrierung und Pr f-mittel berwachung. Des Weiteren wird auf die verschiedenen M glichkeiten der temperatur -Kalibrierung eingegangen. Hierbei werden verschiedene Kalibriereinrich-tungen vorgestellt und deren Eigenschaften und Anwendungsbereiche genauer erl Fibel soll eine Hilfe zur Realisierung der Kalibrierung im Rahmen der Qualit tssiche-rung sein. Sie erhebt keinen Anspruch auf Vollst ndigkeit. Die hier genannten Ratschl ge k nnen auch keine Allgemeing ltigkeit be-sitzen.

3 Sie sind vielmehr eine Sammlung von Erfahrungen und Eindr cken aus vielen Kun-denbesuchen und lebhaften Diskussionen bei r weitere Hinweise und Anregungen sind wir Testo Industrial Services Team4 Inhaltsverzeichnis 6 1 Grundlagen der Temperaturmesstechnik 6 Was ist eigentlich temperatur ? 7 Einheiten der temperatur 8 Geschichtliche Entwicklung der Thermometer 9 Internationale Temperaturskala 12 Wassertripelpunktzelle 16 2 Sensorik I - thermische Ausdehnung 16 Messverfahren zur thermischen Ausdehnung von Stoffen 17 Messverfahren zur thermischen Ausdehnung fester Stoffe 19 W rmeausdehnungsverhalten von Fl ssigkeiten 26 W rmeausdehnung gasf rmiger Stoffe 29 3 Sensorik II - elektrische Temperaturmessung 29 Schwingquarz-Temperatursensoren 30 Widerstandsthermometer 36 Thermoelemente 40 Vergleiche von Thermistoren.

4 Pt-Widerstands- thermometern und Thermoelementen 41 Eigenschaften von F hlern und Sensoren 45 4 Ber hrungslose Oberfl chen-Temperaturmessung 45 Grundlagen der Infrarot-Messtechnik 45 Aufbau und Messprinzip von Strahlungsthermometern (Pyrometer) 47 Grundbegriffe der Infrarot-Messtechnik 48 Schwarzer Strahler 48 Realer K rper 49 Kalibrierung einer W rmebildkamera 50 Emissionsgrad verschiedener Materialien/ Oberfl chen 53 Einsatzm glichkeiten von PyrometernInhalt5 54 5 M glichkeiten der temperatur -Kalibrierung 54 bersicht der Kalibrier-M glichkeiten 54 Kalibrierung an Fixpunkten 57 Kalibrierung in Fl ssigkeits- (Umw lz- bzw. Kalibrier-) b dern 65 Kalibrierung in Metallblockkalibratoren 69 Kalibrierung in Rohr fen 69 Kalibrierung an Oberfl chen (ber hrend) 78 Aufbau DAkkS-Oberfl chenmessplatz 80 Kalibrierung an Oberfl chen (ber hrungslos) 83 6 Kalibrierung von Klimaschr nken 83 Kalibrierung von Klimaschr nken nach DKD-R-5-7 84 Begriffsbestimmungen 85 Ziel der Kalibrierung 86 Anforderungen an den Klimaschrank 88 Kalibriermethoden 90 Kalibrierverfahren 92 Kalibrierung f r Messorte nach Methode (C)

5 93 R umliche Inhomogenit t 94 Zeitliche Instabilit t 94 Strahlungseinfluss 95 Beladungseinfluss 96 Unsicherheitsbeitr ge 101 Literatur 102 7 Testo Industrial Services 102 Referenzen 103 Prospektanforderung 6 Grundlagen der Temperaturmesstechnik1 Grundlagen der Was ist eigentlich temperatur ?Mit dem Begriff temperatur beschreibt man einen bestimmtenthermischen Zustand eines K rpers (thermis, gr. = warm). Ausphysikalischer Sicht kann man die temperatur als ein Ma f rdie in einem K rper innewohnende Energie beschreiben, die eraufgrund der ungeordneten Bewegung seiner Atome oder Mo-lek le besitzt. Die temperatur ist also eine Zustandsgr e, diezusammen mit Gr en wie Masse, W rmekapazit t und ande-ren den Energieinhalt eines K rpers oder, wie es physikalisch oft ausgedr ckt wird, eines Systems k nnte deshalb die temperatur durchaus direkt in Ener-gieeinheiten messen.

6 Die Tradition, die temperatur in Graden anzugeben, war aber schon viel fr her eingef hrt und in der Physik verankert, so dass es aus praktischen Gr nden nicht sinnvoll war, auf die Benutzung von Graden zu ein K rper keine W rmeenergie mehr, so befinden sichseine Molek le im Ruhezustand. Jede Bewegung in einem K r-per ist erstarrt. Dieser real nicht erreichbare Zustand wird alsabsoluter Nullpunkt bezeichnet. Da es keinen energie rmerenZustand gibt, ordnet man ihm den Wert 0 K (Kelvin) zu. Dadurcherkl rt sich, dass es keine negativen Temperaturen auf der Kelvin-Skala Einheiten der TemperaturIm t glichen Gebrauch ist in unseren Breiten die Benutzung derCelsius-Werte verbreitet, da in der Fr hzeit der Nullpunkt dieserSkala mit dem Erstarrungspunkt von Wasser ohne gro entechnischen Aufwand nachvollzogen werden konnte.

7 Tempera-turunterschiede und -differenzen werden in der Technik meist inKelvin angegeben. Im anglikanischen Raum findet man das Grad Kelvin (K)Die Basisgr e der thermodynamischen temperatur ist das Kelvin (K). 1 Kelvin (K) ist der 273,16-ste Teil der temperatur des Tripelpunktes von Grad Celsius ( C)Das Grad Celsius ist betragsm ig gleich dem Kelvin. Der Null-punkt der Celsiusskala liegt bei 273,15K. Temperaturdifferenzenwerden in Kelvin (K) angegeben. Als Einheiten der Tempera-turdifferenzen sind Kelvin und Grad Celsius gegeneinander k Grad Fahrenheit ( F)1 Fahrenheit ( F) = 5/9 C. Die Einheit Grad Fahrenheit wird vorallem im anglikanischen Raum tc CKelvin tKKFahrenheit tFFDie wichtigsten temperatur -Skalen0 C273,15 K32 FLord Geschichtliche Entwicklung der ThermometerDas erste Thermometer (neuzeitliches Thermoskop) benutzteGalileo Galilei 1597.

8 Dies war ein einseitig geschlossenesGlasrohr, eingetaucht in ein mit Wasser gef lltes Gef . DieH he des Pegelstandes war abh ngig von der temperatur desRaumes. Allerdings wurde damals der Luftdruck noch nichtber erste Fl ssigkeitsthermometer wurde 1654 von Gro her-zog Ferdinand II. von Toscana entwickelt. Das sogenannte Florentiner Thermometer hatte eine Skala mit 50 Daniel Fahrenheit entwickelte 1714 das Quecksilber-thermometer. Die Kalibrierung erfolgte mittels dreier Kalibrier-punkte: 0 C; 4 C ( temperatur des schmelzenden Eises) und 12 C. Durch die Reproduzierbarkeit der Kalibrierung handelt es sich um das erste Messger t zur Temperaturmessung ber-haupt. 1818 endeckte Hans Christian Oersted die Abh ngigkeit deselektrischen Widerstandes von der wurde von Werner von Siemens das erste Platin-Wider-standsthermometer ersten Entwicklungen der Federthermometer erfolgten imJahr 1879.

9 Im Jahr 1882 wurde das Fl ssigkeits-Federthermo-meter mit Kapillarleitung in der noch heute gebr uchlichenAusf hrung entwickelte C. Barus die ersten Thermoelemente, die zurTemperaturmessung geeignet entscheidende Entwicklung, h here Temperaturen zumessen, gelang mit den Strahlungsthermometern. Die erstenbrauchbaren Strahlungspyrometer wurden 1892 von H. vonChatellier Galileineuzeitliches ThermoskopGrundlagen der Internationale TemperaturskalaUm die temperatur eines Gegenstandes messen zu k nnen,wird eine Skala ben tigt, die mit einem gut reproduzierbaren,von Stoffeigenschaften der verwendeten thermometrischenSubstanz unabh ngigen Messverfahren definiert werden Eis- und Siedepunkte von Wasser waren schon fr her ein-fach herzustellen und wurden 1694 von Renaldin als Bezugs-punkte benutzt.

10 Der schwedische Astronom Anders Celsius un-terteilte 1742 diesen Temperaturbereich zwischen gefrierendemund siedendem Wasser in 100 gleiche Teile. Damit schuf er dieM glichkeit jederzeit leicht und reproduzierbar ein Thermome-ter zu skalieren. F r seine meteorologischen Untersuchungenkonstruierte er sein ber hmtes Celsius- Thermometer, bei dem0 den Siedepunkt und 100 den Gefrierpunkt des Wassersbezeichnete. 1748 wurde diese Definition durch den skandina-vischen Wissenschaftler Daniel Ekstr m wurde von Lord Kelvin die thermodynamische Tempe-raturskala mit der Einheit Kelvin aufgestellt. Dieses gasther-mometrische Messverfahren ist technisch sehr aufwendig zu realisieren. Allerdings war es notwendig eine allgemein an-wendbare Temperaturskala zu finden, an der sich alle Labora-torien orientieren konnten.