Einstichthermometer / Einstechthermometer

Bei einem Einstichthermometer oder Einstechthermometer befindet sich der Temperatursensor meist an der Spitze eines stabilen, relativ dünnen Stabes. Dies ermöglicht Temperaturmessungen an sonst schwer zugänglichen Stellen. Bei Flüssigkeiten und einstechbaren plastischen Materialien kann mit dem Einstechthermometer die Temperatur in verschiedenen Tiefen überprüft werden. . Viele kennen die praktischen Einstichthermometer zur Kontrolle der Kerntemperatur von Fleisch beim Grillen oder Braten. Einstichthermometer gibt es aber in unterschiedlichen Varianten für viele Einsatzzwecke. Eines der grundlegenden Unterscheidungsmerkmale ist die Art des Temperaturfühlers. Im folgenden Text geben wir zunächst einen kurzen Überblick über Messprinzipien für Einstechthermometer, erläutern dann weitere wichtige Auswahlkriterien und gehen schließlich auf Einsatzgebiete ein.

Die Temperaturabhängigkeit von Flüssigkeiten ist allgemein bekannt durch Einstechthermometer zum Fiebermessen und zur Temperaturkontrolle im Badewasser. Aber auch in Laboren und an Produktionsanlagen werden Flüssigkeitsthermometer häufig als Einstichthermometer eingesetzt. Bei Erhöhung der Temperatur dehnt sich die Flüssigkeit aus und steigt in einem dünnen Röhrchen nach oben. Zum Ablesen der Temperatur dient eine Skala deren Auflösung an den Verwendungszweck angepasst ist. Einstechthermometer die auf Flüssigkeitsausdehnung basieren sind sehr einfach anzuwenden und funktionieren ohne Spannungszufuhr.

Widerstandssensoren für Einstechthermometer bestehen aus Metalldrähten, die um einen Glas- oder Keramikkern gewickelt sind. Bei diesen ändert sich die Leitfähigkeit über einen sehr großen Temperaturbereich linear zur Temperatur. In der EN 60751 die aus der IEC 751 abgeleitet ist, sind Temperatur-Widerstandssensoren aus Platin definiert. Der Nennwiderstand R0 wird bei 0°C gemessen. Beim häufig für Einstechthermometer eingesetzten Platin-Widerstand PT100 beträgt der Nennwiderstand 100 Ω, beim PT50 50 Ω, beim PT500 500 Ω und beim PT1000 sogar 1kΩ. Platinwiderstandssensoren sind für alle Nennwiderstände in Toleranzklasse A und B verfügbar. Der Leitungswiderstand des Anschlusskabels vom Platinwiderstand zum Einstichthermometer würde ohne Gegenmaßnahmen das Messergebnis verfälschen. Bei Verwendung kurzer Anschlusskabel oder von PT1000-Fühlern ist der Fehler gegebenenfalls hinnehmbar. Zur Kompensation des Leitungswiderstandes kann die 3- bzw. 4-Leitertechnik eingesetzt werden. Die zusätzlichen Leitungen bewirken, dass der Leitungswiderstand nicht mehr in die Messung einbezogen wird.

Bei Thermoelementen für Einstechthermometer sind zwei Drähte aus verschiedenen Metallen an einem Ende miteinander verschweißt. Einige der gut für Temperaturmessungen einsetzbaren Metallkombinationen wurden als Thermoelement-Typen definiert und mit Spannungsreihen und zulässigen Grenzabweichungen in DIN EN 60 584 und DIN 43 710 genormt.
Der Temperaturunterschied zwischen der Kontaktstelle und den freien Drahtenden bewirkt in Abhängigkeit von der Kombination der verwendeten Metalle eine Spannung. Diese Spannung wird vom Einstichthermometer gemessen und ausgewertet. Zur Bestimmung der Temperatur an der Messstelle muss die Temperatur am Einstichthermometer bekannt sein oder mit einem zusätzlichen Sensor erfasst werden. Die generierte Spannung steigt bei Thermoelementen nicht linear mit der Temperatur und muss linearisiert werden. Digitale Einstechthermometer sind bereits auf einen oder mehrere Thermoelementtypen eingestellt oder erlauben die Eingabe entsprechender Werte. Die Kennlinien der Thermoelement-Typen sind so definiert, dass Elemente eines Typs problemlos untereinander getauscht werden können. Beim Einsatz von Einstechthermometern mit Thermoelementen ist darauf zu achten, Thermo- und Ausgleichsmaterial vom gleichen Typ zu wählen. Dies gilt für alle Verbindungen bis zur Klemmstellenkompensation im Einstichthermometer.

Ja nach Messaufgabe werden bestimmte Anforderungen an Einstechthermometer gestellt. Dazu zählen der Temperaturbereich, die Genauigkeit und die Ansprechzeit des Temperatursensors. Die Ansprechzeit ist die Zeit, die das Einstichthermometer benötigt, um auf Temperaturänderungen zu reagieren. Lange Ansprechzeiten erhöhen die Zeitdauer pro Einzelmessung. Einstichthermometer für den Einsatz im Lebensmittelbereich müssen Hygienevorgaben erfüllen, damit Nahrungsmittel durch die Messung nicht verunreinigt werden. Nachfolgend werden weitere Auswahlkriterien kurz beschrieben.

Die Stäbe oder Nadeln der Einstechthermometer können sehr unterschiedlich ausgeführt sein. Häufig werden starre spitze Stäbe aus Edelstahl verwendet. Einstichthermometer mit dieser Fühlerform sind gut zur Kontrolle erhitzter Speisen einsetzbar. Es gibt auch korkenzieherartig gebogene Fühler, die in Feststoffe eingebohrt werden können. Einstechthermometer mit diesen Fühlern können zur Temperaturkontrolle bei Gefriergut verwendet werden.

Es gibt auch Einstechthermometer mit langen Fühlern aus biegsamem Draht, die in große Behälter oder schwer zugängliche Bereiche eingebracht werden können. Für die Temperaturkontrolle in Öltanks setzt man spezielle Tankfühler mit Gewicht und langem ölbeständigen Kabel ein. Speziell für Oberflächenmessungen eignen sich Einstechthermometer die Fühler mit federnden Spitzen, federnden Tellerspitzen oder federndem Thermoelementband besitzen. Diese passen sich der Objektoberfläche an und übernehmen schnell deren Temperatur. Einige Einstechthermometer messen über Fühler, die mit Klebeflächen, Magneten, Krokodil- oder anderen Klemmen an der Messstelle befestigt werden.

Zur Erleichterung der Temperaturkontrolle gibt es Einstichthermometer mit Speicherfunktionen. Zu den durch Datenspeicherung möglichen Sonderfunktionen gehören die Fixierung des aktuellen Messwerts auf der Anzeige sowie die zusätzliche Anzeige von Minimal und Maximalwert der Messreihe. Einige Einstechthermometer können bei der Überschreitung eingestellter Grenzwerte optisch oder akustisch alarmieren. Einstichthermometer mit kontinuierlicher Aufzeichnung der Messwerte nennt man Datenlogger. Diese erlauben die Erfassung und Auswertung der Temperatur über längere Zeiträume.

Neben Geräten mit fest installierten Sensoren für festgelegte Anwendungen gibt es viele, Einstichthermometer bei denen die Temperaturfühler ausgetauscht werden können. Einige der für bestimmte Anwendungsbereiche konfigurierten Einstechthermometer haben Kombisensoren für Temperatur und Feuchte, andere sind mit zusätzlichem Infrarotsensor für kontaktlose Oberflächenmessungen ausgestattet. Einstichthermometer bei denen die Temperaturfühler austauschbar sind, können einen oder mehrere Anschlüsse haben. Diese Anschlüsse sind meist auf spezielle Fühlertypen ausgelegt also z.B. PT-100 oder Thermoelement Typ K. Bei einigen Einstechthermometern können die Anschlüsse auch für unterschiedliche Thermoelementtypen verwendet werden. Zur korrekten Messwertumrechnung muss dann der Thermoelementtyp im Gerät eingestellt werden. Einstichthermometer, die die Temperaturen aus mehreren Sensoren gleichzeitig verarbeiten können, nennt man Mehrkanal-Thermometer.

Einstechthermometer in der Industrie
Die Temperatur gehört zu den am häufigsten überwachten Größen in Fertigungsprozessen. Sie wird nicht nur bei Prozessen überwacht, bei denen eine bestimmte Temperatur Voraussetzung für die vorgesehene Reaktion oder Bearbeitbarkeit von Rohstoffen oder Materialien ist, sondern auch dort, wo das unbeabsichtigte Ansteigen oder Absinken der Temperatur zu Schäden führen kann. Mit einem Einstechthermometer können beispielsweise die Temperaturen an sonst schwer zugänglichen Stellen direkt in Tanks, Kühlbehältern, Öfen und Trocknungsanlagen kontrolliert werden. Für Messungen in Flüssigkeiten wird oft auch der Begriff Eintauchthermometer verwendet.

Es gibt verschiedene Fühlertypen, die auch bei sehr hohen Temperaturen und bei großem Abstand zur Auswerte und Anzeigeeinheit eingesetzt werden können. Auch bei Maschinen können die Temperaturen direkt am Werkzeug oder Antrieb oder über die Kühl- bzw. Schmiermittel überwacht werden, damit es nicht durch zu hohe oder zu niedrige Temperaturen zu Funktionseinbußen oder Unfällen kommt. Oft sind die Fühler dieser Einstechthermometer mit speziellen Anschlussmöglichkeiten wie Gewinden, Magneten, Flanschen oder Klemmen ausgestattet, damit sie sicher an der vorgesehenen Position fixiert werden können. Bei vielen Anwendungen ist die Temperaturmessung in Regelkreisläufe eingebunden. Dadurch können bei Abweichungen vom gewünschten Temperaturbereich automatisch die vorher festgelegten Gegenmaßnahmen ausgelöst werden. Für solche Zwecke werden Einstechthermometer verwendet, die entweder selbst Schaltschnittstellen besitzen oder den Messwert analog oder digital an ein anderes Gerät übertragen können.

Beispiele für die Anwendungen in der Industrie:

- Metallgewinnung und -verarbeitung
- Chemische Industrie
- Kunststoffverarbeitung
- Baustoffproduktion Kalk, Zement, Ziegel, Kalksandstein
- Garen, Homogenisieren, Pasteurisieren von Lebensmitteln

Einstechthermometer beim Catering
Egal ob bei Veranstaltungen im Freien oder in beheizten oder unbeheizten Räumen und unabhängig von der Anzahl der Gäste - beim Catering ist es wichtig, dass für die oft mehrstündige Dauer der Bewirtung die zubereiteten warmen und kalten Speisen auf einem bestimmten Temperaturniveau gehalten werden. Dabei geht es nicht nur um den Geschmack, sondern auch darum, die Ausbreitung von Keimen zu verhindern. Deshalb ist es auch wichtig, dass bei einem Einstichthermometer alle Elemente, die beim Messen direkt mit den Lebensmitteln in Kontakt kommen, einfach und sicher gereinigt werden können.

Viele für die Verwendung im Lebensmittelbereich geeignete Einstechthermometer sind mit ihrem Messbereich sowohl für erhitzte als auch für gekühlte Speisen einsetzbar. Es ist aber zu empfehlen, bei Bedarf mehrere Thermometer zu verwenden, um die Temperatur an ausgewähltem Stellen kontinuierlich überwachen zu können. Besonders bei der Verwendung von Warmhalte- oder Kühleinrichtungen bei denen die Zieltemperatur nicht automatisch überwacht und geregelt wird, bieten sich Einstechthermometer an, die optische oder akustische Signale abgeben, wenn voreingestellte Grenzwerte erreicht werden.

Fertig zubereitete und warm angelieferte Komponenten sollen eine Kerntemperatur von mindestens 65°C aufweisen und beibehalten. Für kalt angelieferte Speisen wie Salate, Desserts usw. soll durchgehend eine Temperatur von weniger als 7° Celsius sichergestellt werden. Werden warme Speisen vom Caterer direkt vor Ort zubereitet, kann dieser sowohl beim Regenerieren für Cook and Chill Produkte als auch beim Braten oder Grillen mit einem Einstechthermometer schnell und einfach feststellen, wann die gewünschte Kerntemperatur erreicht ist und ob sie während des gesamten Gar- oder Aufwärmprozesses stabil bleibt.

Andere Anwendungen für Einstichthermometer
In der Landwirtschaft verwendet man mobile und stationäre Einstechthermometer unter anderem zur Überwachung der Temperatur in Kornlagern, in Futtersilos und Heuballen, bei der Biogaserzeugung und zur Kontrolle der Bodentemperatur auf dem Acker und in Gewächshäusern. Oft bietet sich auch der Einsatz von Kombifühlern für Temperatur und Feuchte an.

Auch in vielen anderen Bereichen werden Einstichthermometer genutzt. Im Straßenbau kann beispielweise kontrolliert werden, mit welcher Temperatur Asphalt auf der Baustelle angeliefert wird. An Gebäuden sind sie für Messungen in Lüftungskanälen, Hohlräumen, Fugen und Dämmstoffen einsetzbar. Außerdem sind fest installierte Einstichthermometer in Heizungs-, Solarthermie- und Klimaanlagen Voraussetzung dafür, dass die Anlagen temperaturgeführt geregelt werden können. Sie messen dort die Temperatur des Wassers bzw. der Luft und geben den Messwert an die Anlagensteuerung weiter.