Ausstattung eines Primärlabors

Primärlabore sind oftmals die nationalen Labore eines Landes. Sie werden auch Nationale Metrologische Institute (NMI´s) genannt. Die Aufgabe der NMI´s ist die direkte Darstellung der Internationalen Temperaturskala von 1990 und die Weitergabe der Normale in die Industrie. NMI´s organisieren zudem interne oder externe Ringvergleiche mit anderen NMI´s. Ein Ringvergleich ist eine Methode zur Qualitätssicherung der Messverfahren der Laboratorien. Nach einem Vergleich der Messergebnisse können Aussagen über die Messgenauigkeit, also die Messqualität der teilnehmenden Labore getroffen werden.

Diese Abhandlung ist keine Anleitung, wie ein Primärlabor aufgebaut werden kann. Es werden an dieser Stelle die Gerätetypen vorgestellt, die in Primärlaboren verwendet werden. Des Weiteren wird erklärt, wie durchgeführte Messungen auf verwendete Normale rückführbar sind.

1. Fixpunktzellen

Ein Primärlabor benutzt entweder offene oder geschlossene Fixpunktzellen. Diese Zellen beinhalten ein hochreines Metall, welches bei Temperaturen über 30°C erst in einem entsprechenden Kalibrator geschmolzen wird und dann langsam erstarrt. Während der Phasenänderung, also vom geschmolzenen Zustand bis zur Erstarrung, bleibt die Temperatur in der Zelle konstant. In diesem Zeitraum spricht man von einem Temperatur-Plateau. Die Länge des Plateaus wird nicht über den Kalibrator bestimmt, sondern über die Reinheit und der Art des verwendeten Metalls.

Temperatur Fixpunkt

Temperatur Fixpunkt

2. Kalibrator für Fixpunktzellen

Es ist wichtig, dass die Zelle radial von außen her erstarrt und nicht vom Boden oder von der Spitze der Fixpunktzelle. Um das zu erreichen, muss sich die Zelle idealerweise in einer Vorrichtung befinden, in der überall die gleiche Temperatur herrscht. Es gibt unterschiedliche Kalibratoren, die, abhängig vom Temperaturbereich in dem die Zelle verwendet wird, für diesen Zweck eingesetzt werden.

Der Quecksilberfixpunkt beispielsweise liegt bei –38,834°C. Für diesen Fixpunkt wird ein Flüssigkeitsbad (näheres unter Einrichtung eines Sekundärlabors) verwendet. Der Silberfixpunkt liegt bei 961,78°C und erfordert einen Ofen, um die Zelle zu schmelzen und zu erstarren. Öfen, die die Wärme über ein Wärmerohr übertragen, bieten die notwendige Temperaturgleichmäßigkeit.

Wärmerohr

Wärmerohr

3. Normal-Platinwiderstandsthermometer

Für den Temperaturbereich von -200°C bis 962°C schreibt die ITS-90 als Interpolations-Thermometer das SPRT vor. Es gibt keine Thermometer, die im gesamten Bereich von -200°C bis 962°C eingesetzt werden können. Daraus folgt, dass ein Primärlabor zur Interpolation der ITS-90 mehrere Fühler benutzen muss.

ITS-90 Normal-Thermometer (SPRT)

ITS-90 Normal-Thermometer (SPRT)

4. Anzeigegeräte

Zusammen mit den SPRTs werden spezielle Geräte eingesetzt, um diesen hohen Anforderungen an Präzision genügen zu können. Die Rede ist von Verhältnisbrücken. Sie messen den Widerstand, indem sie den Verhältniswert des SPRTs und den Widerstand eines Normalwiderstandes, der auf einer konstanten und bekannten Temperatur gehalten wird, vergleichen.

Temperatur Messgerät

Temperatur Messgerät