Platin/Gold Thermoelemente II: Messtechnik

Dieser Blogeintrag knüpft an den letzten Eintrag (Platin/Gold Thermoelemente I: Grundlagen) vom 13. September 2010 an. Nach den Grundlagen zu Platin/Gold Thermoelementen, befasst sich dieser Eintrag mit der Messtechnik in Bezug auf die Pt/Au-Thermoelemente.

Konstruktion der Messstelle
Aufgrund der stark unterschiedlichen Längenausdehnungskoeffizienten können die Gold-und Platindrähte nicht direkt miteinander verbunden werden. Stattdessen wird als Verbindungsstelle eine Spirale verwendet, die sich bei steigender Temperatur ausdehnen kann.

Die Messstelle
Am oberen Ende des Handgriffs befindet sich eine dünne Kupferröhre. Diese Kupferröhre dient dem Thermoelement zum Sauerstoffaustausch. Hochwertige Platin/Gold-Thermoelemente besitzen solch eine Kupferröhre, da sich hoch reines Platin in sauerstoffreicher Atmosphäre am langzeitstabilsten verhält. Darüber hinaus kann die Kupferröhre auch verwendet werden, um Experimente mit dem Thermoelement durchzuführen. Der Quarzmantel des Thermoelementes kann zum Beispiel mit verschiedenen Gasen gefüllt werden. Für den normalen Gebrauch im Kalibrierlabor wird allerdings empfohlen die Kupferröhre unverändert zu verwenden.

Die Thermoelement-Vergleichsstelle
Die Thermoelement-Vergleichsstelle ist der Bereich, an dem die Platin- beziehungsweise Golddrähte mit Kupferdrähten verbunden werden. Um mit kleinsten Messunsicherheiten arbeiten zu können, wird die Vergleichsstelle üblicherweise in einem Wassertripelpunkt realisiert (0,01 °C). Dabei ist zu beachten, dass die gemessene Thermospannung nach der internationalen IEC Norm (IEC 62460: 2008) von 0,01 °C auf 0,0 °C umgerechnet werden muss. Darüber hinaus sollten die Kupferdrähte direkt ohne Steckverbindung an das Messgerät angeschlossen wwerden, da die Verbindung zu Kupfersteckern sonst ungewollte Thermospannungen produzieren kann.

Messunsicherheit
Aufgrund der nicht linearen Empfindlichkeit der Platin/Gold-Thermoelemente variieren die Messunsicherheiten der Thermoelemente über den Temperaturbereich. Folgende Messunsicherheiten können erreicht werden (UKAS und NIST):

Wasser-Tripelpunkt (0,01 °C) ±0,06 °C
Zink-Fixpunkt (419,527 °C) ±0,05 °C
Aluminium-Fixpunkt (66 0,323 °C) ±0,05 °C
Silber-Fixpunkt (961,78 °C) ±0,05 °C

Wird das Thermoelement zusätzlich mit einer Kennlinie verwendet, beträgt die Messunsicherheiten circa 0,10 °C. Die kleinsten Messunsicherheiten, die bisher im DKD (Deutscher Kalibrierdienst) vergeben wurden, beträgt für Platin/Gold-Thermoelemente ±0,2 °C.