Thermometer

Eine weit verbreitete Größe, die gemessen wird ist die Temperatur. In vielen Bereichen der Qualitätssicherung, Umweltanalyse sowie der Forschung und Entwicklung ist die Temperatur eine wichtige Kenngröße. Um die Temperatur zu messen wird ein Thermometer benötigt. Je nach Anwendungsfall richtet sich die Art und Bauform des verwendeten Thermometers.

Am weitesten verbreitet ist die Messung der Lufttemperatur mit Hilfe von einem Thermometer. Der Sensor des Thermometers liegt meist am oberen Ende des Messgerätes und ist gut belüftet. Die Bauart und Lage des Sensors verhindern, dass wenn das Thermometer in der Hand gehalten wird, die Körpertemperatur das Messergebnis vom Thermometer negativ beeinflusst. Thermometer für die Messung der Lufttemperatur sind sowohl als Handmessgerät als auch als Thermometer für stationäre Überwachungen verfügbar. Letztere sind oft mit einem Datenlogger ausgestattet, sodass über eine definierte Periode die Temperatur gemessen und zur Qualitätssicherung vom Thermometer gespeichert werden.

Viele der Thermometer, die die Lufttemperatur messen, können zusätzlich die Luftfeuchtigkeit bestimmen. Dadurch ist das Thermometer in der Lage den Taupunkt und weitere abgeleitete Größen zu berechnen. Diese Eigenschaften machen das Thermometer zur Messung der Lufttemperatur zu einem wichtigen Messgerät im Alltag.

Als zweites großes Gebiet sind Thermometer zur exakten Bestimmung einer Medientemperatur. Das Thermometer besteht in diesem Fall in der Regel aus mindestens 2 Komponenten: 1. Dem Thermometer / Anzeigegerät und 2. Mindestens einem Sensorelement. In diesem Gebiet der Thermometer gibt es noch weitere Unterscheidungen, die je nach Anwendungsfall das Thermometer festlegen. Da ist zum einen die Bauform des Sensors. Hier gibt es verschiedene Sensoren mit Einstechspitze, mit Tellerspitze oder ein einfacher Drahttemperatursensor. Weiterhin ist die Wahl des eigentlichen Sensortyps entscheidend für das beste Messergebnis. Thermometer mit Platintemperatursensoren (Pt100, Pt500 oder Pt1000) werden häufig eingesetzt, wenn genaue Temperaturmessungen benötigt werden.

Thermometer, die mit Hilfe von Thermoelementen (Typ K, J, T….) die Temperatur bestimmen, werden verwendet, wenn die Messung relativ schnell erfolgen muss. Beide Thermometer haben Vor- und Nachteile. Thermometer mit Widerstandssensoren arbeiten sehr exakt, sind aber auch relativ träge. Thermometer, die Thermoelemente verwenden erfassen die Temperatur sehr schnell sind aber vergleichsweise ungenau. Auch in diesem Bereich gibt es sowohl tragbare als auch Thermometer für stationäre Anwendungen.

Als drittes in dem Bereich der Thermometer, sind Thermometer zu nennen, die optisch und berührungslos die Temperatur messen. Diese Thermometer bedienen sich der infraroten Strahlung, die jedes Objekt proportional zu seiner Temperatur ausstrahlt. Über einen Faktor, den sog. Emissionsgrad ermittelt das Infrarot-Thermometer die Oberflächentemperatur von verschiedenen Objekten. Als Schwierigkeit bei diesem Messprinzip taucht häufig auf, dass der falsche Emissionsgrad am Thermometer eingestellt wird, und so die falsche Temperatur gemessen wird. Darüber hinaus muss beachtet werden, dass auch Reflektionen das Messergebnis beeinflussen. Thermometer dieser Bauart werden für in der tragbaren Variante für schnelle Messungen verwendet. So werden IR-Thermometer in der Baubranche, in der Industrie usw. eingesetzt. Auch Infrarotthermometer gibt es für stationäre Anwendungen. Hier wird der Sensor mit Hilfe von Montagematerial an oder in einer Maschine montiert. Über einen Analogausgang oder einer Schnittstelle wird der Messwert dann an eine Digitalanzeige, Datenlogger oder SPS weitergeleitet.

Welches Thermometer wann eingesetzt wird, richtet sich so immer nach dem Anwendungsfall und den speziellen Anforderungen je Messaufgabe. Sollten Sie noch Fragen haben oder Hilfe benötigen um das richtige Thermometer zu finden helfen unsere Techniker und Ingenieure gerne weiter.

Viele dieser Thermometer verfügen neben der Messung der Raumtemperatur auch noch über diverse Funktionen, wie zum Beispiel der Messung von Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Luftströmung. Diese Form Thermometer sind an vielen Orten einsetzbar und aufgrund der vielen Funktionen sehr vielseitig und für jeden Anwender von hohem Nutzen. Das Angebot an Thermometern umfasst viele Zielgruppen des täglichen Lebens und reicht von Unternehmen über Schule bis hin zu Privathaushalten, die unsere Thermometer zu den verschiedensten Zwecken gebrauchen können.

Thermometer kommen im täglichen Leben an vielen Stellen vor. Thermometer werden bei der Wettervorhersage verwendet, Thermometer messen die Temperatur von Lebensmitteln oder die Körpertemperatur von Mensch und Tier. Das sind Anwendungsgebiete von Thermometern aus dem privaten Umfeld, die jeder kennt. Thermometer werden aber auch im gewerblichen Alltag genutzt um zum Beispiel die Qualität von Produktionsgütern zu bestimmen.

Doch was bedeutet Thermometer? Das Wort Thermometer besteht aus zwei Teilen. Den griechischen Wörtern thermós und métron was zu Deutsch warm und Maß bedeutet. Also ist ein Thermometer ein Maß für die Wärme. Die Thermometer von PCE Instruments bedienen sich alle an elektrischen Messmethoden um die Temperatur zu messen. Thermometer für die Lufttemperatur nutzen bspw. Widerstands- oder Halbleitersensoren. Thermometer für die Kerntemperaturmessung von Flüssigkeiten oder Feststoffen bedienen sich Thermoelementen, die den Seebeck-Effekt verwenden um eine Temperatur zu messen. Weit verbreitet für diese Temperaturmessaufgabe sind auch temperaturabhängige Widerstände (Pt100, Pt500, Pt1000, NTC oder PTC) die in Thermometern genutzt werden um die Temperatur genau zu bestimmen.

Einsatzbereiche für Datenlogger-Thermometer
Für viele Anwendungen ist es sinnvoll, aktuelle Temperaturwerte nicht nur zu ermitteln, sondern auch zu speichern. Mit Hilfe der von einem Datenlogger-Thermometer automatisch gespeicherten Temperaturdaten können Temperaturverläufe einfacher grafisch dargestellt und detailliert ausgewertet werden. Mit einem geeigneten Datenlogger-Thermometer kann beispielsweise belegt werden, welchen Temperaturen Lebensmittel, empfindliche Materialien oder Geräte während des Transportes oder während der Lagerung ausgesetzt waren. Der Zeitpunkt und die Dauer ungewöhnlicher Temperaturspitzen erlaubt Rückschlüsse auf mögliche Ursachen der Temperaturschwankungen. Ein Temperaturdatenlogger kann aber auch zur Überprüfung von Geräten und Anlagen zum Heizen oder Kühlen verwendet werden oder um zu prüfen, wie weit die Temperatur bei Maschinen oder Anlagen während des Betriebs ansteigt. Mit Hilfe der von einem Datenlogger-Thermometer gespeicherten Daten lässt sich auch feststellen, ob die in einem Kühlbehälter, einem Brutschrank, einem Gewächshaus oder in einer Trocknungsanlage erzeugten Temperaturen über den kompletten Beobachtungszeitraum innerhalb der festgelegten Grenzwerte liegen.

Datenlogger-Thermometer eignen damit unter anderem zur

- Temperaturüberwachung bei Lagerung, Transport und Verarbeitung von temperaturempfindlichen Materialien oder Produkten
- Dokumentation von temperaturabhängigen Prozessen
- Temperaturaufzeichnung bei Prozessentwicklungen und für Prozessoptimierungen
- Datensammlung zur Beurteilung von Frost-, Hitze- und anderen temperaturbedingten Schäden

Auswahlkriterien für Datenlogger-Thermometer
Je nach Einsatzzweck sind verschiedene Kriterien mehr oder weniger wichtig bei der Auswahl des Gerätemodells. In jedem Fall müssen der Messbereich und die Messgenauigkeit vom Datenlogger-Thermometer zu den Anforderungen der jeweiligen Aufgabenstellung passen. Für die Dokumentation der Temperaturen auf länger dauernden Transporten oder an schwer zugänglichen Stellen im Freien werden meist autarke Datenlogger-Thermometer mit hoher Mindestlaufzeit benötigt. Deren Mindestlaufzeit wird einerseits durch die Batterielaufzeit und andererseits durch das vorhandene Speichervolumen begrenzt.

Für andere Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn die aktuellen Messdaten auch direkt abgelesen werden können oder wenn das Datenlogger-Thermometer die Überschreitung eingestellter Grenzwerte optisch oder akustisch signalisiert. Einige Datenlogger-Thermometer können die Messwerte auch über größere Entfernungen an einen Computer oder in ein Netzwerk übertragen, so dass die Daten schnell für Entscheidungen oder Auswertungen zur Verfügung stehen. Für viele Gerätemodelle gibt es PC-Software oder Apps, um das Anzeigen, Auswerten und Dokumentieren der gemessenen Temperaturen zu vereinfachen. Oft können die Datenlogger-Thermometer über diese Software auch bequem am Rechner für die nächste Messung konfiguriert werden.

Hier eine kurze Auflistung der wichtigsten Kriterien für Datenlogger-Thermometer

- Messbereich und Messgenauigkeit
- Laufzeit und Speichervolumen
- Art der Datenübertragung
- Anzeigemöglichkeit
- Alarmfunktion
- Einstellmöglichkeiten
- Auswertefunktionen
- zusätzliche Messparameter z.B. Luftfeuchtigkeit

Kalibrieren ist ein Fachbegriff für das Überprüfen der Messgenauigkeit von Messgeräten und Messhilfsmitteln. Thermometer weisen konstruktionsbedingt unterschiedliche Messgenauigkeiten auf. Deshalb wird die Genauigkeit für jedes Thermometer in den technischen Spezifikationen angegeben. Die Genauigkeit kann dort als absoluter Wert in der Einheit Grad Celsius, Grad Fahrenheit oder Kelvin stehen, als relativer Wert in Prozent vom Messwert oder als Kombination aus beiden, beispielsweise ±0,2 °C, ±0,3 % vom Messwert oder ± (0,4 % + 1 °C). Falls die Genauigkeit angegeben wird als 0,15 °C oder 0,2 % vom Messwert, dann gilt immer der jeweils höhere Wert.

Durch verschiedene Einwirkungen auf das Thermometer, vor allem auf die an der Messung beteiligten Komponenten, kann es aber auch zu Überschreitungen des angegebenen Messfehlers kommen. Deshalb sollte die Genauigkeit der Thermometer kontrolliert werden. In Abhängigkeit von den Ansprüchen an die Genauigkeit und von der Art des zu prüfenden Geräts können für Thermometer unterschiedliche Kalibrierverfahren zur Anwendung kommen. Damit die Ergebnisse der Kalibrierungen nachvollziehbar, vergleichbar und unabhängig vom Anwender sind, müssen für jedes Verfahren die Abläufe und Bedingungen eindeutig festgelegt werden.

Generell können Kalibrierungen für Thermometer unterschieden werden in:

• Kalibrierungen mit Hilfe von geprüften Vergleichsthermometern,
• Kalibrierungen für Kontaktthermometer mit Hilfe von Stoffgemischen in denen sich eine bekannte Temperatur einstellt,
• Kalibrierung für Strahlungsthermometer mit Hilfe von aufheizbaren Schwarzstrahlern bzw. Hohlraumstrahlern.

Referenzthermometer für Vergleichsmessungen
Viele Thermometer werden gegen ein Referenzthermometer kalibriert. Dieses Referenz- oder Normalthermometer soll, um korrekt zu messen, direkt oder indirekt über andere Referenzthermometer, an den Fixpunkten der ITS-90 Skala kalibriert worden sein. Zum Nachweis der Kalibrierungen werden Kalibrierzertifikate erstellt. Bei der Vergleichsmessung muss sichergestellt werden, dass das zu prüfende Thermometer und das Referenzthermometer die gleiche Temperatur im beabsichtigten Temperaturbereich annehmen. Dazu können beide Thermometer beispielsweise in Temperierbäder oder Klimaschränke eingebracht werden.

Temperaturskala ITS 90
Die international anerkannte Temperaturskala ITS 90 nennt zwischen -260 °C und 1085 °C verschiedene reproduzierbare Fixpunkte, über die die praktische Bestimmung von Temperaturen erleichtert wird. Als Bezugspunkte dienen die Schmelz- oder Tripelpunkte von Wasser und bestimmten chemischen Elementen. Am Tripelpunkt oder Dreiphasenpunkt eines Stoffes befinden sich die drei Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig im Gleichgewicht. Sie ändern also das bestehende Mengenverhältnis nicht. Wassermoleküle haben beispielsweise bei 0,01 °C und 6,12 mbar ihren Tripelpunkt. Werden Temperatur oder Druck verändert, verschieben sich die Mengenverhältnisse der drei Phasen.

Temperaturfixpunkte, Kalibrierbäder, Kalibrieröfen, Blockkalibratoren
Für Einsatzgebiete, in denen Thermometer mit höchster Präzision kalibrieren müssen, sind spezielle Temperaturmesszellen, Kalibrierbäder und Kalibrieröfen entwickelt worden. Diese Spezialgeräte ermöglichen bei korrekter Anwendung das Einhalten konstanter und reproduzierbarer Temperaturbezugspunkte. Der Aufwand für das Anschaffen und Betreiben dieser Geräte ist allerdings nur dann gerechtfertigt, wenn sie häufig genutzt werden. Viele Betriebe und Forschungseinrichtungen beauftragen deshalb externe Kalibrierlabore mit der Kalibrierung ihrer Thermometer.

Infrarot Thermometer kalibrieren mit Temperaturstrahlern
Zur Kalibrierung von Strahlungsthermometern werden Temperaturstrahler mit hohem Emissionsgrad eingesetzt. Der Messbereich und die Genauigkeit der zu prüfenden Infrarotthermometer bestimmen maßgeblich darüber, welcher Schwarzstrahler verwendet werden kann. Echte Hohlraumstrahler sind so geformt, dass keine Abweichungen durch Zugluft oder Reflektionen auftreten. Es gibt eigenständig aufheizbare Temperaturstrahler auch für hohe und sehr hohe Temperaturen und Hohlraumstrahler als Aufsatz für wassergeführte Kalibrierthermostate, mit denen eine sehr hohe Temperaturgenauigkeit und -stabilität erreicht werden kann.

Festlegen der Referenzpunkte für die Kalibrierung
Bevor ein Thermometer kalibriert wird, müssen der gewünschte Temperaturbereich und die Zahl und Lage der Referenzpunkte festgelegt werden. Dabei sollte der Temperaturbereich weitestgehend auf die Temperaturen begrenzt werden, für deren Kontrolle das Thermometer eingesetzt werden soll. Dadurch kann der Aufwand für die Kalibrierung reduziert werden. Für den gewählten Temperaturbereich sollten mindestens drei bis fünf Referenzpunkte gewählt werden. Die Prüftemperaturen sollen den kompletten Bereich so abdecken, dass Rückschlüsse auf die Verteilung der Messfehler möglich sind. Wenn Thermometer zur Kalibrierung an externe Kalibrierlabore geschickt werden, sollten die gewünschten Referenzpunkte vorher geklärt werden. Anderenfalls wird das Labor selbst festgelegte Referenztemperaturen verwenden, die für die Anwendung eventuell völlig uninteressant sind.

Geeichte Thermometer werden vor allem für amtliche Zwecke und im geschäftlichen Verkehr, aber auch für Messungen im medizinischen Bereich eingesetzt. Sie werden im Sinne des Verbraucherschutzes unter anderem für Temperaturmessungen im Handel, in Laboren, in Krankenhäusern und Arztpraxen, aber auch von Verantwortlichen des Gesundheitsamtes, des Umweltamtes und der Arbeitsschutzbehörde verwendet sowie zur Klärung von Tatverläufen in der Kriminaltechnik. Geeichte Thermometer können auch bei der Umsetzung von Hygienekonzepten genutzt werden, unter anderem zur regelmäßigen Überprüfung von Temperaturmesseinrichtungen für Warmhaltebäder, Kühl- und Tiefkühlgeräte oder Kühlräume und zur Kontrolle der Messgenauigkeit anderer Thermometer.

Sowohl Flüssigkeitsglasthermometer, Zeigerthermometer, Widerstandsthermometer und andere elektronische Thermometer und Temperaturfühler als auch Infrarotthermometer gibt es für verschiedene Temperaturbereiche auch als geeichte Thermometer. Die für medizinische Zwecke eingesetzten Thermometer unterliegen nicht nur dem Eichrecht sondern auch der Medizinprodukte-Betreiberverordnung (MPBetreibV) wenn sie nicht ausschließlich für private Zwecke eingesetzt werden. Danach müssen medizinische Elektrothermometer, auch solche mit austauschbaren Temperaturfühlern, mindestens alle zwei Jahre und Infrarot Strahlungsthermometer jährlich überprüft werden. Der Betreiber der Thermometer muss also messtechnische Kontrollen durchführen oder durchführen lassen und dies dokumentieren. Für diese Kontrollen werden in der Regel spezielle Kalibrierbäder und hochgenaue Referenzthermometer mit DAkkS-Kalibrierung verwendet, für Infrarot-Thermometer außerdem Hohlraumstrahler.

Die Eichfristen für geeichte Thermometer sind in Europa nicht einheitlich festgelegt und auch die Festlegung, ob andere als die staatlichen Stellen die Eichung durchführen dürfen, unterliegt der nationalen Gesetzgebung. Im aktuellen deutschen Mess- und Eichgesetz wurde eine Anzeigepflicht für geeichte Messgeräte festgelegt. Neu erworbene geeichte Thermometer oder andere Messgeräte die im eichpflichtigen Bereich eingesetzt werden sollen, müssen innerhalb von 6 Wochen nach der Inbetriebnahme beim örtlich zuständigen Eichamt gemeldet werden. Dazu sind in der Verwenderanzeige nach § 32 MessEG Angaben zur Geräteart, zum Hersteller, zur Typenbezeichnung und zum Kennzeichnungsjahr zu machen. Wer Thermometer ohne Konformitätsbewertung für Anwendungen nutzt wo diese vorgeschrieben ist, erforderliche Unterlagen nicht vorlegt oder eichpflichtige Thermometer nicht rechtzeitig anzeigt, handelt ordnungswidrig und kann mit einem Bußgeld belegt werden.

Ein Thermometer ist ein Prüf- und Messgerät zur Ermittlung der Temperatur von verschiedenen Medien. Thermometer gibt es in vielen verschiedenen Formen und Arten für die unterschiedlichsten Anwendungsgebiete. Je nach Art vom Thermometer arbeitet dieses nach einem anderen physikalischen Prinzip. Hier definiert sich dann auch die Genauigkeit vom Thermometer. Elektronische Thermometer arbeiten oft nach dem Widerstandsmessverfahren. Diese Thermometer setzen einen NTC (Heißleiter), PTC (Kaltleiter), Platinsensoren wie Pt100, Pt500 oder Pt1000 zur exakten Bestimmung der Temperatur ein. Ein weiter verbreitetes Messverfahren vom Thermometer ist die Messung der Temperatur über Thermoelemente. Diese Thermometer nutzen den Seebeckeffekt von 2 unterschiedlichen metallischen Leitern um die Temperatur zu messen.

Elektronische Widerstandsthermometer
Ein Thermometer, welches die Temperatur elektronisch über den Widerstand bestimmt, nutzt die Temperaturempfindlichkeit von speziellen Materialien. Diese Thermometer nutzen Heißleiter bzw. Kaltleiter um die Temperatur zu messen. Doch was bedeutet das genau? Wird ein Thermometer mit einem NTC, also ein Heißleiter, verwendet, so kann gesagt werden, dass sich der Widerstand vom Temperatursensor mit Erhöhung der Temperatur verringert. Daraus resultiert, dass bei einer konstanten Spannung, die das Thermometer bereitstellt, ein höherer Strom fließen kann. Bei einem PTC, also Kaltleiter, steigt der Widerstand nahezu proportional zur Temperatur.

Es fließt somit ein geringerer Strom. So ist der Strom, der fließt und den das Thermometer messen kann, das Maß für die Temperatur. Thermometer, die nach dem Widerstandsmessverfahren arbeiten sind oft sehr genau, da der Messwiderstand sehr groß sein kann (Pt1000: 1000 Ohm bei 0 °C) und auf Grund der Kennlinie besser messbare Stromflüsse entstehen. Platinsensoren werden häufig verwendet, da diese sehr rein sind um somit sehr genau arbeiten. Platin-Themometer finden häufig Einsatz in industriellen Prozessen, da diese Sensoren in Edelstahlmänteln verbaut werden. Diese Thermometer werden dann genutzt um die Prozesstemperatur von Lebensmitteln, Flüssigkeiten, Ölen usw. zu messen. n.

Thermometer mit Thermoelementen
Thermometer mit Thermoelementen nutzen den Seebeckeffekt von zwei unterschiedlichen metallischen Leitern. Am weitesten verbreitet sind Thermoelemente vom Typ K. Diese bestehen aus Ni-CrNi (Nnickel-ChromNickel). Bei Thermometern dieser Art wird eine Spannung gemessen, die erzeugt wird, wenn die zwei Materialien, die sich berühren erwärm werden. Die Spannungen die in einem Thermoelement erzeugt wird ist sehr gering und beträgt wenige µV je °C. Auch bei hohen Temperaturen misst ein Thermoelement Thermometer oft Spannungen, die < 0,1 V sind. Werden x-Thermoelemente in Reihe an ein Thermometer angeschlossen, wird das Thermometer eine um Faktor x-fache Temperatur anzeigen. Thermometer dieser Art werden oft in Massenanwendungen verwendet, da die Messtechnik preiswert ist und die Art der Messung relativ einfach zu realisieren ist. Thermoelement Thermometer sind für unterschiedlichste Anwendungen, je nach Bauform des Sensors für Lufttemperaturen, Oberflächentemperaturen oder auch Kerntemperaturen genutzt werden.

Thermometer mit Halbleitersensoren
Thermometer mit Halbleitersensoren machen sich ähnlich wie Widerstands-Thermometer den elektrischen Widerstand verschiedener Materialien zu nutze. Fließt ein höherer Strom, so ist auch die gemessene Temperatur höher. Thermometer mit Halbleitersensoren werden oft für Messungen der Lufttemperatur verwendet oder bei Anwendungen wo die Genauigkeit des Messwertes eine untergeordnete Rolle spielt.

Thermometer unterschiedlichster Sensorart, Bauform und Design
Thermometer unterschiedlichster Sensorart, Bauform und Design stellen die Messwerte auf einem Display dar. Die Anzeige des Messwerts auf dem Thermometer erfolgt in der Regel in der Einheit °C (Grad Celsius). Im amerikanischen Raum ist die Anzeige auf einem Thermometer in °F (Grad Fahrenheit) üblich. Im wissenschaftlichen Bereich wird häufig bei Temperaturdifferenzen und bei sehr geringen Temperaturen der Messwert eines Thermometers auch in K (Kelvin) angegeben. Woher stammen die unterschiedlichen Temperaturskalen? Der Urspung der Thermometer-Skalen liegt im Entdecker der jeweiligen Skala. So legte Anders Celsius (1701 … 1744) fest, dass die Temperatur, die ein Thermometer von Eiswasser misst, 0 °C sind und kochendes Wasser eine Temperatur von 100 °C besitzt. Der Thermometer Daniel Gabriel Fahrenheit stellte verschiedene Versuche an und wollte unter anderem unter Berücksichtigung der Körpertemperatur, einer Mischung aus Eis, Wasser und Salmiak und der damals niedrigsten Temperatur in Danzig eine eigene Skala festlegen. Somit zeigen Thermometer in der Fahrenheitskala bei einem Eis-Wasser-Gemisch eine Temperatur von 32 °F und bei kochendem Wasser eine Temperatur von 212 °F an.