2.1 – Temperaturmessung allgemein, Gasthermometer

 

Literatur: F. Bernhard: Technische Temperaturmessung. VDJ, Springer 2004

Jede temperaturabhängige Größe kann zur Temperaturmessung herangezogen werden. Man unterscheidet zwischen Verfahren, die die Temperatur

  1. absolut bestimmen (z.B. Strahlungsmessung, Spannungsrauschen, Gasthermometer)
  2. relativ zu einem kalibrierten Wert bestimmen (materialabhängige Temperaturmessverfahren)

Außerdem kann man unterscheiden zwischen

  1. berührungslosen Messverfahren (z.B. Strahlungsmessung, Sensor muss nicht mit Material in Kontakt gebracht werden)
  2. berührenden Messverfahren (Sensor wird mit dem Material in Kontakt gebracht, die Temperatur wird auf den Messfühler übertragen und erst dann gemessen)

Weitere Kriterien sind Genauigkeit und Schnelligkeit der Messung.

Gasthermometer:

Um die Temperatur mit einem Gasthermometer zu messen, brauchen wir das ideale Gasgesetz:

pV = nRT = NkT

Dabei ist p der Druck, V das Volumen, n die Mol-Anzahl, R die allgemeine Gaskonstante, T die Temperatur, N die Teilchenanzahl und k die Boltzmannkonstante. Daraus folgt: T = \frac{{pV}}{{Nk}}

Man hat nun verschiedene Möglichkeiten der Druckmessung:

  • Kapazitätsmanometer (Kondensator misst Ausdehnung, sehr genau)
  • Piezzodruck
  • Mechanisch (vorteilhaft, weil keine Stromversorgung benötigt wird)

Für den alltäglichen Gebrauch wird ein Gasthermometer nicht eingesetzt, da es groß und langsam ist.

Da für ein ideales Gas ein linearer Zusammenhang zwischen der Volumenänderung und der Temperatur besteht, entfällt die ansonsten notwendige Eichung aufgrund nicht-linearer Volumenänderung. Jedoch muss eine Zweipunkteichung nach wie vor durchgeführt werden.

Bei einem Gasthermometer, wie es auf dem Bild rechts zu sehen ist, führt man die Eichung normalerweise mit Eiswasser sowie mit kochendem Wasser durch. Der Schmelzpunkt von Eis liegt bei Normalbedingungen bei 0 °C, während der Siedepunkt des Wassers recht stark vom Luftdruck abhängt.

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