Jeder Fühler misst seine eigene Temperatur

Temperaturfühler werden zum Ermitteln von Temperatur eingesetzt. Die Erfahrung hat gezeigt, dass jedes Thermometer eine andere Temperatur misst, als zu erwarten ist. Die Begründung für dieses Phänomen ist folgende. Das Messen von Temperatur ist von vielen Einflussfaktoren abhängig. In diesem Blogeintrag werde ich Ihnen drei der wichtigsten Einflussfaktoren vorstellen.

1. Einflussfaktor Eintauchtiefe:
Der wichtigste Faktor, der das Messergebnis beeinflusst, ist die Eintauchtiefe eines Temperaturfühlers in ein Wärmemedium. Entlang der Konstruktion, in der sich das Thermometer befindet, fließt die Wärme aufgrund des Temperaturgradienten Richtung Umgebungstemperatur. Es kommt zu einer Wärmeableitung. Um nicht eine beliebige Temperatur entlang des Gradienten zu messen, muss das Thermometer so tief eingetaucht werden, bis das Kleinklima um den Sensor mit gleicher Temperatur gesättigt ist. Es darf dort also keine Wärme mehr abfliessen.

Eine gebräuchliche Regel, um die Mindest-Eintauchtiefe zu ermitteln, ist folgende:

Mindest-Eintauchtiefe

Beispiel: 15 x ∅ 6 mm + 1,5 x 30 mm Länge des MW = 135 mm Mindesteintauchtiefe

Es gibt einen einfachen Test, um zu überprüfen, ob die Mindest-Eintauchtiefe erreicht ist. Der Temperaturfühler kann um 2 cm aus dem Medium herausgezogen, besser jedoch tiefer ins Medium eingetaucht werden. Wenn eine Lageveränderung des Thermometers nicht mehr zu einer Veränderung der angezeigten Temperatur führt, ist das Thermometer tief genug eingetaucht.

2. Einflussfaktor Eigenerwärmung:
Bei der Temperaturmessung mit Widerstands-Thermometern fliesst Strom durch einen Messwiderstand. Dieser Strom erwärmt den Messwiderstand. Das Maß der Erwärmung ist abhängig von der Höhe des Stromes, aber auch von den verwendeten Messwiderständen. Wird bei Normalthermometern ein Messstrom von 0,5 bis 1 mA angelegt, können Eigenerwärmungs-Werte zwischen 1 und 5 mK ermittelt werden. Bei kleinen, drahtgewickelten Messwiderständen, insbesondere bei Dünnschicht-Messwiderständen, kann die Eigenerwärmung je nach Messstrom bis zu 1°C betragen. Bei Widerstands-Thermometern, die zur Kalibrierung eingereicht werden, sollte der verwendete Messstrom angegeben werden. Kalibrierlabore sollten die Eigenerwärmung bestimmen können und dem Anwender angeben, wie stark die Eigenerwärmung des speziellen Temperaturfühlers vom Messstrom abhängig ist.

3. Einflussfaktor Anbindung:
Ein weiterer Faktor, der auf das Messergebnis Einfluss nimmt, liegt in der Konstruktion des  Fühlers. Ist beispielsweise der Messwiederstand bzw. das Thermoelement des Fühlers im eigenen Schutzrohr von Luft umgeben, wird der Sensor die Temperatur der Umgebungsluft messen. Und die muss nicht zwangsläufig die gleiche sein, wie die der zu erfassenden Mediumstemperatur im Kalibrator. Denn Luft ist ein sehr schlechter Wärmeleiter.