Platin/Gold Thermoelemente I: Grundlagen

Bei der Verwendung von Platin/Gold-Thermoelementen (Pt/Au-Thermoelemente) sind einige wichtige Aspekte zu beachten. In diesem und nächsten Blogeintrag wird ein kleiner Überblick über Pt/Au-Thermoelemente geben.

Einführung
Temperatur kann nicht direkt gemessen werden. Temperatur wird über „Umwege“ ermittelt. Dafür werden Messinstrumente benötigt, die eine temperaturabhängige physikalische Größe messen, um diese dann in Temperatur umzurechnen. Die Messinstrumente werden zuvor an physikalisch definierten Temperaturen kalibriert, den so genannten Temperatur-Fixpunkten, welche durch die Internationale Temperaturskale von 1990 (ITS-90) definiert sind. Beispielhaft seien der Wassertripelpunkt, der Galliumschmelzpunkt und Aluminiumerstarrungspunkt genannt. Zwischen den Fixpunkten dienen die Messinstrumente als Interpolationsinstrumente und Transfernormale.

Vorteil der Platin/Gold Thermoelemente
Nach Empfehlung der ITS-90 werden bis zu einer Temperatur von 961,78 °C (Silber-Fixpunkt) Normal-Widerstandsthermometer als Interpolationsinstrument verwendet. Diese haben jedoch bei Temperaturen über 660 °C den Nachteil, dass sie nur mit äußerster Sorgfalt eingesetzt werden können. So müssen Normalthermometer beispielsweise durch bestimmte Alterungszyklen abgekühlt werden. Dies ist technisch sehr aufwändig und vor allem zeitintensiv. In der Praxis hat sich deshalb ein alternatives Messinstrument durchgesetzt. Über 660,323 °C (Aluminium-Fixpunkt) verwenden viele Kalibrierlaboratorien Platin/Gold-Thermoelemente. Es sind beispielsweise keine speziellen Behandlungen notwendig, um die Pt/Au-Thermoelemente von der Einsatztemperatur auf die Umgebungstemperatur abzukühlen. Dieser, in der alltäglichen Kalibrierarbeit, bedeutender Aspekt macht die Thermoelemente sehr beliebt. Auch wenn die Messunsicherheiten der Pt/Au-Thermoelemente höher sind als die von Hochtemperatur-Normal-Widerstandsthermometer überwiegen die Vorteile der praktischen Handhabung.

Herstellung der Platin/Gold-Thermoelemente
Die meisten kommerziell verfügbaren Platin/Gold-Thermoelemente werden in Anlehnung an eine Veröffentlichung von McLaren und Murdock („The Pt/Au thermocouple“) hergestellt. Die Veröffentlichung ist heute unter der Dokumentennummer NRCC/27703 verfügbar. In dem Dokument wird maßgeblich beschrieben, wie die Gold- beziehungsweise Platindrähte vor der Verarbeitung behandelt werden müssen. Des weiteren sind mechanische Anleitungen zum Einbau der Mess- beziehungsweise Vergleichsstelle zu finden.

Quarzentglasung
Quarz ist eine unterkühlte Flüssigkeit. Dies trifft auf die meisten Glassorten zu, wie auch beim Fensterglas. Sollte bei einem Quarz der Entglasungsprozess einsetzen, zerfällt das Quarz in kleine Körner. Im schlimmsten Fall führt das zur Beschädigung des Quarzmantels, der dann brechen kann. Die Entglasung kann vermieden werden, indem der Quarzmantel des Platin/Gold-Thermoelementes vor jeder Verwendung sehr gründlich mit Alkohol gereinigt wird und die Pt/Au-Thermoelemente nicht zu großen Temperaturgradienten ausgesetzt werden.