Wärmeableitung

„Ein Thermometer misst im günstigsten Fall immer nur seine eigene Temperatur“. Ziel ist es somit, die Temperatur des Sensorelementes an die des Messmediums anzugleichen. Nur dann zeigt das Thermometer auch die tatsächliche Mediumstemperatur an.

Zu berücksichtigende Grundregeln

  • Die Wärme fließt immer vom wärmeren zum kälteren Körper 
  • Körper mit unterschiedlichen Temperaturen streben nach einem Ausgleich der Temperaturunterschiede
Wärmefluss vom wärmeren zum kälteren Körper

Wärmefluss vom wärmeren zum kälteren Körper

Streben nach Ausgleich der Temperaturunterschiede

Streben nach Ausgleich der Temperaturunterschiede

Wärmetransport zwischen Thermometer und Umgebung

Wärmetransport zwischen Thermometer und Umgebung

Ein Thermometer transportiert Wärme über sein Schutzrohr und seine inneren Komponenten zur Umgebung. Hierbei ist vorausgesetzt, dass die Umgebungstemperatur niedriger ist als die Mediumstemperatur. Im umgekehrten Fall wird das Prozessmedium durch das Thermometer aufgeheizt.

Im Allgemeinen bedeutet dies: Jedes Thermometer erzeugt eine Wärmeableitung. Die Kunst ist es, den dadurch entstehenden Fehler zu minimieren.

 

Beeinflussende Faktoren für die Größe der Wärmeableitung

  • Temperaturdifferenz zwischen Messmedium und Umgebungstemperatur des Thermometers
  • Wärmekapazität des Messmediums
  • Wärmekapazität des Thermometers (bzw. dessen Komponenten)
  • Wärmeeindringkoeffizient der Werkstoffe des Thermometers
  • Wärmeleitfähigkeit des Thermometers (bzw. seiner Komponenten)
  • Massenverhältnisse (Schutzrohr, Halsrohr, Messmedium)

Die konstruktive Ausführung des Thermometers ist in letzter Konsequenz die Berücksichtigung der Summe aller erwähnten einflussnehmenden Faktoren.

Thermometerkomponenten mit hoher Wärmeableitung

  • Bei elektrischen Thermometern: Schutzrohr, Außenmantel der MI-Leitung, Drähte
  • Bei Gasdruckthermometern: Schutzrohr, Tauchschaft, Kapillare
  • Bei Bimetall-Thermometern: Schutzrohr, Achse

Die Wärmeableitung geschieht somit überwiegend über die metallischen Komponenten des Thermometers, aber auch die im Thermometer eingeschlossene Luft transportiert Wärme – nur in einem viel geringerem Maß. Die Wärmeableitung ist – bei gleichem Werkstoff – umso stärker, je größer die Querschnittsfläche ist, durch die die Wärme abtransportiert wird. Je größer die Masse eines Thermometers bzw. seines Schutzrohres und je größer dessen Wärmeleitfähigkeit ist, umso mehr Wärmeenergie kann der Messstelle entzogen werden.

Bedingungen zur Vermeidung von Wärmeableitfehlern

Beispiel einer Messstelle, bei der mit erheblichem Wärmeableit-/ Messfehler zu rechnen ist

Beispiel einer Messstelle, bei der mit erheblichem Wärmeableit-/ Messfehler zu rechnen ist

  • Der konstruktive Aufbau des Thermometers muss den Anforderungen der Messstelle angepasst sein (soweit dies konstruktiv möglich ist).
  • Das Thermometer muss ausreichend tief in das Medium, dessen Temperatur es messen soll, eingetaucht sein. Ist dies nicht der Fall wird unter Umständen so viel Wärme zur Umgebung abtransportiert, dass der Sensor nicht ausreichend Wärmeenergie erhält, um die Mediumstemperatur adäquat zu erfassen. Die geforderte Klassengenauigkeit ist dann kaum einzuhalten.
  • Die Messstelle sollte nach Möglichkeit gut isoliert sein.

Hinweis
Informationen zu unseren Temperaturmessgeräten finden Sie auf der WIKA-Webseite.

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Temperatur – was ist das eigentlich?



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