In der Temperaturkalibrierung werden an Referenzthermometer hohe Anforderungen an Genauigkeit und Reproduzierbarkeit und somit Langzeitstabilität gestellt. Daher werden in Laboratorien RTDs („Resistance Temperature Detectors“) – hier speziell Platin-Widerstandsthermometer – und Thermoelemente verwendet. Obwohl sie eine ähnliche Funktion haben, könnten sie in vielerlei Hinsicht nicht unterschiedlicher sein.
Bei der Auswahl eines Geräts zur Temperaturmessung oder Kalibrierung sind folgende Schlüsselfaktoren zu berücksichtigen:
- Genauigkeit
- Langzeitstabilität
- Temperaturbereich
- Umgebungsbedingungen
Funktionsweise und Einsatzbereiche eines Widerstandsthermometers
Abb.: Querschnitt eines Widerstandsthermometers
Bei einem Widerstandsthermometer (RTD) erfolgt die Messung des Widerstandes über einen elektrischen Leiter, wobei zwischen Widerstand und Temperatur ein klar definiertes Verhältnis vorhanden ist, welches sich in einer Kennlinie darstellen lässt. In der Kalibriertechnik werden als Referenzen hauptsächlich drahtgewickelte Messwiderstände aus Platin verwendet (PRT), da diese über einen hohen Temperaturbereich, dauerhafte Stabilität und die höchste Genauigkeit verfügen. Der Draht kann entweder um einen Keramik- oder einen Glaskern gewickelt sein.
Das gebräuchlichste PRT ist ein Pt100. Hierbei handelt es sich um ein Platin-Widerstandsthermometer, das bei Null Grad Celsius genau 100 Ohm elektrischen Widerstand besitzt. Weitere, wenn auch seltener verwendete PRTs sind das Pt25 und das Pt1000, die bei Null Grad Celsius einen Widerstand von 25 Ohm beziehungsweise 1.000 Ohm aufweisen.
Funktionsweise und Einsatzbereiche eines Thermoelementes
Abb.: Querschnitt eines Thermoelements
Thermoelemente verwenden eine andere Methode für die Ermittlung der Temperatur. Ein Thermoelement besteht aus zwei Drähten aus verschiedenen Metallen wie Nickel, Kupfer oder Eisen. Durch die Temperatur am Messpunkt verschieben sich die Ladungen in den Drähten unterschiedlich und es entsteht eine elektrische Spannung, die gemessen werden kann. Auch hier gibt es eine definierte Abhängigkeit zwischen Temperatur und elektrischer Spannung, weshalb die Temperatur am Messpunkt ermittelt werden kann. Thermoelemente haben zwar meist eine geringere Genauigkeit und Stabilität als RTDs, verfügen dafür aber über einen größeren Temperaturbereich. Thermoelemente können Temperaturen bis zu 200 °C und 2.500 °C erfassen.
Je nach verwendetem Material sind Thermoelemente für bestimmte Bereiche kalibriert. Einige der gebräuchlichsten Arten sind J, K, T und E, die als Thermoelemente aus „unedlen Metallen“ gelten. Thermoelemente aus „edlen Metallen“ wie R, S und B sind dagegen weniger gebräuchlich und werden vor allem in Hochtemperaturanwendungen verwendet.
Hinweis
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Informieren Sie sich weiterhin in den folgenden Videos über die Funktionsweise von Widerstandsthermometern und Thermoelementen: