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Temperaturmessung mit Datenloggern

Neben den Thermometern nach dem Prinzip des Quecksilberthermometers, die in allen Variationen und Genauigkeitsabstufungen erhältlich sind, werden häufig, z.B. in Thermohygrographen, Bimetallthermometer eingesetzt: Zwei Metalle unterschiedlicher Längenausdehnung sind hierbei fest miteinander verbunden. Jegliche Temperaturänderung bewirkt eine Krümmung, die auf den Zeiger oder Schreibstift übertragen wird (Messungenauigkeit: ca. 2% des Messwerts). Temperaturüberschreitungen lassen sich mit Temperaturmessfolien dokumentieren, die bei einer bestimmten Temperatur irreversibel die Farbe verändern. Sie sind in Abstufungen von etwa 3 - 5°C erhältlich. Sie werden zur Messung an bewegten oder sehr kleinen Teilen verwendet (z.B. Platinen) sowie zur Temperaturüberwachung bei Transporten. Temperatursensoren (Wikipedia) Zur Umsetzung von Temperaturwerten in elektrische Signale stehen eine Vielzahl von Sensorelementen zur Verfügung. Jedes Element besitzt unterschiedliche Eigenschaften, die maßgebend für den praktischen Einsatz sind. Am häufigsten verwendet werden: Platin-Widerstandssensoren NTC-Thermistoren Thermoelemente Messfühler unterscheiden sich in ihrer Bauform, je nachdem ob sie z.B. zur Luft- oder zur Oberflächenmessung oder für Flüssigkeiten bestimmt sind. Je dünner die Fühler sind, desto schneller können sie auf Temperaturänderungen reagieren. Der Platin-Widerstandssensor ändert seinen Widerstand proportional zur Temperatur, nach einer sehr gut definierten Gleichung. Der Widerstand wird mit einem konstanten Strom gespeist wobei der Spannungsabfall gemessen wird. Die Genauigkeit der Pt 100 - Sensoren (100 Ohm bei 0°C) ist nach DIN IEC 751 in 5 Klassen eingeteilt. Sie beträgt bei Typ B ± 0,3°C, bei Typ A ca. ± 0,15°C und, bei Klasse 1/3 DIN 0,1°C (Rotronic). Auch die Langzeitstabilität dieser Sensoren ist sehr gut (Wikipedia). Für genaue Messungen über größere Distanzen oder über Steckverbindungen hinweg werden Platin-Widerstandssensoren in 3- oder 4-Leitertechnik eingesetzt. Hierdurch lässt sich der Leitungs- und Anschlusswiderstand herausrechnen (Wikipedia). Platin-Widerstandssensoren werden auch als Dünnschicht-Messwiderstände hergestellt. NTC-Thermistoren sind die in Messgeräten am häufigsten verbauten Temperatursensoren. Auch hier ändert sich der Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur. Im Gegensatz zu den Platinsensoren nimmt er mit steigender Temperatur ab. Thermistoren bestehen meist aus Halbleitern und sind billiger, jedoch auch weniger linear als Platinsensoren. Die Genauigkeit beträgt im Normalbereich etwa 0,2°C. NTC-Sensoren sind international nicht normiert und können daher nicht beliebig untereinander vertauscht werden. Sofern Sie nicht genau den Sensortyp und dessen Kennlinie kennen, sind Sie gezwungen, die Sensoren zu verwenden, die der Messgeräte-Hersteller als Zubehör zu seinen Messgeräten anbietet. Thermoelemente (Thermopaare) bestehen aus zwei punktuell miteinander verschweißten Drähten aus unterschiedlichen Metallen bzw. Legierungen. Die Temperaturmessung mit Thermoelementen beruht auf dem thermoelektrischen Effekt. Wird ein elektrischer Leiter (Draht) in ein Temperaturgefälle gebracht, erzeugt er zwischen beiden Enden des Drahts eine Spannung. Ein zweiter Leiter aus einem anderen Metall erzeugt eine andere Spannung. Durch das Verschweißen der Drahtenden wird die Spannung an der Sensorspitze auf Null reduziert. Zwischen den beiden losen Enden ergibt sich jedoch eine Spannung, aus der sich der Temperaturunterschied zwischen der Sensorspitze und den losen Enden ableiten lässt (Wikipedia). Das Thermoelement misst demnach nur Temperaturunterschiede. Um zu absoluten Werten zu gelangen, ist im Messgerät ein Thermistor eingebaut, auf Basis dessen sich die absolute Temperatur am Thermoelement berechnen lässt. Je nachdem, um welche Metallpaare es sich handelt, werden verschiedene Sensortypen unterschieden. Für Temperaturen im Normalbereich (-70 bis +100°C) wird allgemein Typ T (Kupfer/Konstantan) empfohlen. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Kupfers eignet sich der Sensor weniger für Oberflächenmessungen (die Wärme wird zu schnell von der Oberfläche abgeführt). Hier ist der Typ K (Chromel/Alumel) besser geeignet, der im übrigen für Temperaturen von bis zu 1200°C eingesetzt werden kann. Thermoelemente können sehr klein und auch im Selbstbau hergestellt werden, so klein eben zwei Drähte aneinandergeschweißt werden können Ein weiterer Vorteil ist ihre Unempfindlichkeit gegenüber Interferenzströmen auch über größere Kabelentfernungen hinweg (Padfield online). Thermoelemente sind meist preisgünstiger als andere Temperaturfühler. Sie werden für sehr hohe oder sehr niedrige Temperaturen eingesetzt, oder wenn die Fühler sehr klein sein müssen. Die Genauigkeit lässt sich durch Kalibrierung erhöhen. Oberflächentemperaturen lassen sich mit speziellen Oberflächenfühlern bestimmen, deren Messspitze oft verbreitert ist, z.T. mit Ösen zum Anschrauben, Magneten etc. Für raue oder gerundete Oberflächen eignen sich Fühler mit flexibler oder federnder Spitze (Testo, Tinytag). Ansonsten lässt sich der Oberflächenkontakt mit Silikon-Wärmeleitpaste verbessern. Für Messungen an Wandoberflächen werden häufig Thermoelemente verwendet (Padfield online). Sie müssen gegen Wärmestrahlung geschützt werden.
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