Thermometer Arten

Ein Thermometer ist ein Messinstrument, das zur Bestimmung der Temperatur oder Temperaturänderungen eines Objekts oder einer Umgebung verwendet wird. Es basiert auf der Eigenschaft von Materialien, ihre physikalischen Zustände oder Eigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur zu ändern.

Solche Veränderungen können beispielsweise die Ausdehnung einer Flüssigkeit, die elektrischen Widerstandsänderungen bestimmter Metalle oder die Farbänderung spezialisierter Materialien sein. Durch den Vergleich dieser Veränderungen mit festgelegten Standards kann ein Thermometer die Temperatur quantitativ angeben. Die Skalen, auf denen diese Temperaturen angezeigt werden, sind meistens Celsius, Fahrenheit oder Kelvin.

Die Temperaturmessung spielt in der Industrie eine entscheidende Rolle, da sie direkt die Qualität, Sicherheit und Effizienz zahlreicher Prozesse beeinflusst. Hier sind einige Gründe und Beispiele, die die Bedeutung der Temperaturmessung in der Industrie verdeutlichen:

Qualitätssicherung: Die korrekte Temperatur sichert oft die gewünschten Produkteigenschaften. Zum Beispiel muss beim Erhitzen von Metall in einem Schmiedeprozess eine bestimmte Temperatur erreicht werden, um die gewünschte Härte und Festigkeit des Metalls zu gewährleisten.

Prozesseffizienz: Viele chemische Reaktionen laufen bei einer bestimmten Temperatur optimal ab. In der petrochemischen Industrie etwa werden Raffinerieprozesse oft bei spezifischen Temperaturen durchgeführt, um maximale Ausbeuten und Produktreinheiten zu erreichen.

Energieeffizienz: Durch Überwachung und Steuerung der Temperatur können Unternehmen Energie sparen. Zum Beispiel ermöglicht die Überwachung der Temperatur in industriellen Heizsystemen die Optimierung des Brennstoffverbrauchs.

Sicherheit: Überhitzung oder Unterkühlung können gefährlich sein. In der Lebensmittelindustrie beispielsweise ist es wichtig, Lebensmittel auf einer sicheren Temperatur zu halten, um das Wachstum von schädlichen Bakterien zu verhindern. In anderen Bereichen können übermäßig hohe Temperaturen zu Explosionen oder Bränden führen.

Materialverarbeitung: Die Verarbeitung von Materialien, wie Kunststoffen beim Spritzgießen, erfordert präzise Temperaturen, um die richtige Form und Festigkeit des Endprodukts zu gewährleisten.

Lagerung: Die Temperaturüberwachung ist entscheidend bei der Lagerung bestimmter Produkte. Pharmazeutische Produkte, Chemikalien oder Lebensmittel können ihre Wirksamkeit oder Qualität verlieren, wenn sie nicht unter den richtigen Temperaturbedingungen gelagert werden.

Umgebungsüberwachung: In einigen Industriezweigen, wie der Halbleiterherstellung, ist es wichtig, eine konstante Umgebungstemperatur zu gewährleisten, um die Qualität und Funktionsfähigkeit der Produkte sicherzustellen.

Zusammengefasst ist die Temperaturmessung in der Industrie nicht nur ein Mittel zur Überwachung, sondern ein entscheidendes Werkzeug, um Prozesse zu optimieren, die Sicherheit zu gewährleisten und die Qualität des Endprodukts zu sichern.

Thermometer können aufgrund ihrer Funktionsweise, ihrer Anwendungsbereiche und ihrer Darstellungsart in verschiedene Typen unterteilt werden. Hier ist eine allgemeine Übersicht über die verschiedenen Thermometerarten, im Folgenden wird auf einige dieser Thermometer genauer eingegangen:

Thermometer nach Darstellungsart

Analoge Thermometer: Diese zeigen die Temperatur über eine mechanische Skala an (z.B. Quecksilberthermometer, Bimetallthermometer).

Digitale Thermometer: Diese verwenden elektronische Sensoren und zeigen die Temperatur auf einem digitalen Display an.

Thermometer nach Messmethode

• Flüssigkeitsthermometer: Messen die Temperatur basierend auf der thermischen Ausdehnung einer Flüssigkeit (z.B. Quecksilber oder Alkohol).
• Bimetallthermometer: Nutzen die unterschiedliche thermische Ausdehnung von zwei Metallen.
• Gasdruckthermometer: Basieren auf der Änderung des Drucks eines Gases bei Temperaturänderungen.
• Elektrische Thermometer: Nutzen die temperaturabhängigen elektrischen Eigenschaften von Materialien.
• Widerstandsthermometer (RTD): Messen Temperaturänderungen durch Änderungen im elektrischen Widerstand eines Metalls, oft Platin.
• Thermoelemente: Messen die Temperatur basierend auf dem thermoelektrischen Effekt zwischen zwei unterschiedlichen Metallen.
• Infrarot-Thermometer (Pyrometer): Messen die Infrarotstrahlung, die von einem Objekt emittiert wird, um dessen Temperatur zu bestimmen.

Thermometer nach Anwendungsgebiet

• Medizinische Thermometer: Speziell entwickelt, um die Körpertemperatur von Menschen oder Tieren zu messen.
• Laborthermometer: Für den Einsatz in Laboratorien konzipiert, oft mit hoher Genauigkeit und spezifischen Messbereichen.
• Umgebungsthermometer: Messen die Temperatur von Luft oder Wasser in einer Umgebung.
• Industrielle Thermometer: Entwickelt für spezielle industrielle Anwendungen, oft widerstandsfähig gegenüber extremen Bedingungen.
• Speisen- und Kochthermometer: Für die Verwendung in der Küche, um die Temperatur von Speisen während des Kochens zu überwachen.

Digitale Thermometer ermöglichen die Anzeige der Daten auf einem Display und werden in der Praxis wie jedes andere Thermometer verwendet. Auch ein digitales Thermometer verwendet einen Sensor, einen Thermistor, der jedoch mit Strom betrieben wird. Dieser Sensor zeigt bei Temperaturschwankungen Änderungen des elektrischen Widerstands an, die dann auf dem Display in Zahlen ausgedrückt werden.

Digitale Thermometer sind in der Regel aus langlebigen Materialien gefertigt und verfügen bereits in ihrer Grundausstattung über eine zuverlässige Anzeige. Der Temperaturwert wird in kürzester Zeit bereitgestellt. Es ist zu berücksichtigen, dass ein digitales Thermometer die Temperatur bis auf eine Dezimalstelle genau messen kann und daher in der Regel genauer ist als ein analoges Thermometer.

Digitale Thermometer finden in verschiedenen Bereichen Anwendung, von der industriellen Wartung bis zu Hygienetests, von der Lebensmittelindustrie bis zur wissenschaftlichen Forschung. Sie werden auch für allgemeine Zwecke verwendet, z. B. zur Messung der Körpertemperatur.

Analoge Thermometer nutzen physische Prinzipien und Eigenschaften von Materialien, um Temperaturänderungen direkt auf einer Skala oder einem Zifferblatt anzuzeigen.

Ein gängiges Beispiel ist das Flüssigkeitsthermometer. Dieses enthält typischerweise Quecksilber oder Alkohol in einem engen Röhrchen. Mit steigender Temperatur dehnt sich die Flüssigkeit aus und steigt im Röhrchen, während sie sich bei sinkender Temperatur zusammenzieht. Die Höhe der Flüssigkeitssäule kann dann direkt auf einer Skala abgelesen werden, um die aktuelle Temperatur zu bestimmen.

Flüssigkeitsthermometer: Aufbau

Ein Flüssigkeitsthermometer, oft als Flüssigkeitsausdehnungsthermometer bezeichnet, basiert auf dem Prinzip der thermischen Ausdehnung und Kontraktion von Flüssigkeiten bei Temperaturänderungen. Die häufigsten Flüssigkeiten, die in solchen Thermometern verwendet werden, sind Quecksilber und farbiger Alkohol. Hier ist eine Beschreibung des typischen Aufbaus eines Flüssigkeitsthermometers:

Kapillarröhrchen (Kapillare):

• Ein enges, transparentes Glasröhrchen, das oft die Länge des Thermometers bestimmt.
• Die Flüssigkeit steigt oder fällt in diesem Röhrchen, abhängig von der Temperatur.

Flüssigkeitssäule:

• Quecksilber oder farbiger Alkohol, der sich im Kapillarröhrchen befindet.
• Quecksilber wird wegen seiner gleichmäßigen thermischen Ausdehnung und seiner Unvermischbarkeit mit Glas häufig verwendet. In vielen Anwendungen und Regionen wird jedoch aufgrund von Gesundheits- und Umweltbedenken auf Alkohol ausgewichen.

Bulb (Birne oder Reservoir):

• Ein größerer, kugelförmiger oder zylindrischer Glasbehälter am Ende des Kapillarröhrchens.
• Es enthält eine größere Menge der Flüssigkeit und dient als Reservoir. Wenn sich die Temperatur ändert, dehnt sich die Flüssigkeit aus oder zieht sich in die Birne zurück.

Skala:

• Eine graduierte Skala, die neben dem Kapillarröhrchen angebracht oder auf das Glas aufgedruckt ist.
• Sie ermöglicht das Ablesen der Temperatur entsprechend der Position der Flüssigkeitssäule.

Gehäuse:

• Ein schützendes Gehäuse, oft aus Kunststoff oder Metall, in dem das Glasröhrchen und die Skala eingebettet sind.
• Es dient dem Schutz des empfindlichen Glases und oft auch der leichteren Ablesbarkeit durch kontrastierende Hintergründe.

Vergleich von digitalen und analogen Thermometern

Was die Verwendung von Thermometern im beruflichen Kontext betrifft, so hängt die Präferenz zwischen digitalen und traditionellen Thermometern auch vom jeweiligen Umfeld ab. Ärzte und Krankenschwestern bevorzugen Säulenthermometer, während die Köche in der Welt der Kochkunst digitale Geräte zu bevorzugen scheinen.

Bei der Wahl des einen oder anderen Typs sind die Einfachheit und Praktikabilität der Verwendung im jeweiligen Kontext zu berücksichtigen. Ein traditionelles Modell ist in Ordnung, wenn keine zusätzlichen Funktionen benötigt werden, wie die Datenspeicherung. Wenn eine schnelle Messung wichtig ist und zusätzliche Optionen benötigt werden, ist ein digitales Gerät sinnvoller.

Infrarot-Thermometer eignen sich besonders für die Messung hoher Temperaturen, sowohl in ihren Schwankungen als auch in der Entfernung. Diese digitalen Geräte ermöglichen die Erstellung von Diagrammen für detaillierte Analysen und können auch für die automatische Temperaturkontrolle programmiert werden. Von besonderem Interesse und praktischem Nutzen für industrielle Messungen sind Laser- oder Infrarot-Thermometer und Wärmebildkameras.

Bei Kontrollprozessen ist die Temperatur oft das erste Anzeichen für ein Problem. Mit einem Infrarot-Thermometer können Sie sich in sicherer Entfernung aufhalten und erhalten die genauesten Messwerte über einen großen Temperaturbereich. Es ermöglicht die Überwachung des Zustands von Motoren und Schalttafeln, die Erkennung von Problemen mit Heizungs- und Lüftungssystemen und die Diagnose von Fehlfunktionen in Anlagen. Die Messungen sind rasch (etwa 1 Sekunde), hygienisch und ohne Beschädigung.

Auch wenn Infrarot-Thermometer auf den ersten Blick einfach zu bedienen sind (man muss sie nur auf die zu messende Oberfläche richten und einen Knopf drücken), sind sie in der Anwendung mit einigen Komplikationen verbunden. Man muss bedenken, dass diese Thermometer das Plancksche Gesetz ausnutzen, das besagt, dass jeder Körper elektromagnetische Strahlung aussendet. Das bedeutet, dass es für eine korrekte Messung notwendig ist, den Emissionsgrad richtig einzustellen. Störende Einflüsse, die zwischen das Gerät und den zu messenden Körper gelangen können (z. B. Staub, Schmutz, Dämpfe usw.), müssen ebenfalls ausgeschlossen werden. Außerdem muss man sich vor der Strahlung von externen Quellen wie Lampen, Klimaanlagen usw. in Acht nehmen, die thermische Elemente sind und daher die Messungen stören können.

Diese Thermometer bestehen aus einem Glasrohr, in dem sich ein Behälter mit einer Flüssigkeit befindet, die in Kontakt mit einem Kapillarrohr steht. Auf diese Weise wird die volumetrische Ausdehnung der Flüssigkeit nach einem Temperaturanstieg ausgenutzt. Aufgrund des sehr kleinen Durchmessers des Kapillarrohrs führen schon geringe Änderungen des Flüssigkeitsvolumens zu sichtbaren Höhenunterschieden in der Flüssigkeitssäule. Diese Höhe entspricht einer bestimmten Temperatur, die auf der auf dem Glasrohr eingravierten Skala abgelesen werden kann. Während früher die bevorzugte Flüssigkeit zur Temperaturmessung Quecksilber war, da es schnell auf kleinste Temperaturänderungen reagiert, einen großen Temperaturbereich abdeckt und nicht an Glas klebt, werden heute weniger giftige Substanzen verwendet, wie z. B. mit Tinte vermischter Alkohol. Diese Thermometer werden immer noch häufig in Laboratorien und in der Lebensmittelindustrie verwendet und sind in stationären und tragbaren Ausführungen erhältlich. In den Fabriken werden die festen Modelle durch ein Metallgehäuse geschützt.

Alle Messgeräte müssen in regelmäßigen Abständen überprüft werden, um sicherzustellen, dass sie weiterhin genaue Daten liefern. Wenn die Eichung eines Messgeräts nicht möglich ist, muss es ersetzt werden, um die Bereitstellung nützlicher Daten zu gewährleisten. Dies gilt auch für Thermometer. Die Eigenschaften der empfindlichen Elemente von Thermometern ändern sich mit dem Gebrauch und im Laufe der Zeit, insbesondere wenn sie bei hohen Temperaturen eingesetzt werden. Außerdem besteht die Gefahr einer Beschädigung, sei es durch äußere Einwirkung, Korrosion oder auf andere Weise. In Produktionsprozessen, in denen Schnelligkeit und einfache Verifizierung ein Muss sind, werden Temperaturkalibratoren zu notwendigen Geräten. Die Wahl des Eichungs-Instruments hängt nicht nur von der Temperatur, sondern auch von der Art der im Prozess verwendeten Sonde ab.

Die Messung der Temperatur ist von zentraler Bedeutung in einer Vielzahl von Anwendungen, vom Gesundheitswesen bis zur Industrie. Die Entwicklung von Thermometern im Laufe der Zeit hat zu einer Reihe von Technologien geführt, die jeweils spezifische Eigenschaften und Anwendungen aufweisen. In der Industrie beeinflusst die präzise Temperaturmessung Qualität, Sicherheit, Effizienz und Energieverbrauch von Prozessen. Es gibt eine Vielzahl von Thermometerarten, darunter digitale, analoge, Infrarot-Thermometer und viele andere. Während digitale Thermometer durch ihre Genauigkeit und Schnelligkeit bestechen, bieten analoge Thermometer den Vorteil der Direktanzeige ohne Strombedarf. Infrarot-Thermometer erlauben kontaktlose Messungen aus sicherer Entfernung, was besonders in industriellen Umgebungen nützlich ist. Unabhängig vom Typ ist es entscheidend, das richtige Thermometer für den jeweiligen Anwendungsbereich auszuwählen.