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 Einstichthermometer zur Kontrolle der Gartemperatur beim Grillen oder Braten.

Für Einstichthermometer können verschiedene Typen Temperaturfühler verwendet werden. Hier ein kurzer Überblick über einige Messprinzipien.

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 biegsamen 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 fixiert 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 werden in vielen Bereichen zur Überwachung von Temperaturen an sonst schwer zugänglichen Stellen genutzt. In der Industrie werden Einstechthermometer zum Beispiel für die Überwachung von Prozesstemperaturen, für die Temperaturmessung an Kühl- und Schmiermitteln und für die Steuerung von Trocknungsprozessen eingesetzt. In der Bau- und Gebäudewirtschaft können Einstichthermometer für Messungen in Lüftungskanälen, Hohlräumen, Fugen und Dämmstoffen genutzt werden. Hier bietet sich der Einsatz von Kombifühlern für Temperatur und Feuchte an.

In der Landwirtschaft verwendet man Einstechthermometer unter anderem
- zur Kontrolle der Bodentemperatur
- zur Überwachung der Temperatur in Kornlagern, in Futtersilos, in Heuballen
- bei der Biogaserzeugung.

Bei der Lagerung und Verarbeitung von Lebensmitteln nutzt man Einstichthermometer
zum Beispiel
- für die Kontrolle der vorgeschriebenen Kühltemperaturen
- zur Einhaltung der Temperaturen bei zubereiteten erhitzten Speisen
- zur Temperaturkontrolle beim homogenisieren, pasteurisieren
- bei Gärprozessen wie bei der Bier- und Weinherstellung.