Physikalische Prinzipien der Temperaturmessung

In vielen Prozessen ist die Erfassung der Temperatur von sehr großer Bedeutung. Beispielsweise in Schmelzprozessen, bei chemischen Reaktionen, in der Lebensmittelverarbeitung oder Energieerzeugung. Die Anforderungen an die Temperaturmessung und die technische Ausführung unterscheiden sich hierbei je nach Einsatzbereich und Messaufgabe.

Thermoelemente und Widerstandsthermometer kommen an Messobjekten zum Einsatz, bei denen eine direkte Berührung zum Messen der Temperatur möglich ist. Sie werden häufig für Messungen in Flüssigkeiten, Gasen, Schmelzen oder an Festkörpern genutzt.

Welche Art von Thermoelement oder Widerstandsthermometer zum Einsatz kommt, entscheidet sich nach den jeweiligen Anforderungen an Genauigkeit, Ansprechverhalten, Temperaturbereich, baulichen Eigenschaften oder Einsatzbedingungen der Messaufgabe.

Ein Vorteil von Thermoelementen gegenüber Widerstandsthermometern ist die höhere Temperatur-Obergrenze von bis zu mehreren tausend Grad Celsius. Demgegenüber weisen sie jedoch eine schlechtere Langzeitstabilität und zum Teil eine geringere Messgenauigkeit auf.

Die Messung der Temperatur mittels Thermoelementen beruht auf dem 1821 von Seebeck entdeckten thermoelektrischen Effekt.

Hierbei wird davon ausgegangen, dass man an den freien Enden zweier miteinander verbundener Drähte aus unterschiedlichen Werkstoffen eine Spannung messen kann, wenn die Verbindungsstelle der Drähte eine andere Temperatur aufweist als die freien Enden. Ausschlaggebend für die Messung ist immer die Temperaturdifferenz, die zwischen der Temperatur an der Messstelle und der Temperatur an den Anschlüssen des Messgerätes entsteht.

Die Temperatur an der Messstelle lässt sich durch die gemessene Thermospannung ermitteln.

Bei der Temperaturmessung mit einem Widerstandsthermometer wird der lineare Zusammenhang zwischen der Temperatur und dem elektrischen Widerstand von Metalldrähten genutzt. Widerstandsmaterialien sind in der Regel reine Metalle, da sie eine stärkere Widerstandsänderung zeigen als Legierungen.

Das hierfür am häufigsten genutzte Material ist Platin.
Aus dem gemessenen elektrischen Widerstandswert lässt sich mit dem Graphen der DIN EN 60751 ein exakter Rückschluss auf die vorliegende Umgebungstemperatur ziehen. In der nachfolgenden Tabelle finden Sie die Kennlinien der Pt100 und Pt1000.

Die Bezeichnung der Widerstandsthermometer geht aus dem jeweils vorliegenden elektrischen Widerstand bei 0 °C hervor. So wird ein Widerstand, der bei 0 °C einen elektrischen Widerstand von 100 Ohm aufweist als Pt100 bezeichnet. Analog dazu besitzt ein Widerstand mit der Bezeichnung Pt500 bei 0 °C einen elektrischen Widerstand von 500 Ohm, ein Pt1000 misst bei 0 °C einen elektrischen Widerstand von 1000 Ohm.

Die DIN EN 60751 legt den Zusammenhang zwischen Temperatur in °C und Widerstand in Ohm für ein Platin-Widerstandsthermometer mit einem Widerstand von 100 Ohm bzw. 1000 Ohm bei 0 °C fest. In den nachstehenden Tabellen finden Sie diese Grundwertreihen sowie die Kennlinien der Widerstandsfühler Pt100 und Pt1000.