Wie misst man die Temperatur?

Die Temperatur ist nach einiger Zeit die am häufigsten gemessene physikalische Größe. Was wäre das Wetter ohne Angabe der Temperaturen?

Neben der Umgebungstemperatur wird die Temperatur auch in vielen anderen Umgebungen gemessen. Ob es sich um die Betriebstemperatur einer Industrieanlage, die Temperatur der steigenden und fallenden Rohre von Heizkörpern, die Lagertemperatur von Arzneimitteln oder die Kerntemperatur eines Joghurts handelt - entgegen den Wettervorhersagen müssen die Temperaturwerte in diesen Bereichen präzise und korrekt sein. Nur so ist die Einhaltung von Normen gewährleistet und eine Beschädigung wertvoller Güter kann vermieden werden.

Das richtige Grundwissen und die praktischen Ratschläge bereiten Sie gut auf Ihre Messaufgaben vor.

Physikalische Basis der Temperatur als Messgröße

Wenn ein Physiker von Temperatur spricht, bezeichnet er eine Größe, die die dem Körper innewohnende Energie misst. Ein Körper hat diese Energie aufgrund der zufälligen Bewegungen seiner Atome oder Moleküle. Wenn sich die Partikel schneller bewegen, steigt die Temperatur. Die Temperatur ist daher eine Zustandsgröße. Gemeinsam mit anderen Größen wie Masse, Wärmekapazität und anderen beschreibt die Temperatur die Energie, die in einem Körper oder, wie wir in der Physik oft sagen, einem System enthalten ist.

Oder ganz kurz:

Die Eingabe von Wärmeenergie bewirkt eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Partikel: Die Temperatur steigt an

Die Extraktion von Wärmeenergie führt zu einer Verringerung der Geschwindigkeit der Partikel: Die Temperatur sinkt

Wenn ein Körper keine Wärmeenergie mehr hat, befinden sich seine Moleküle in einem Ruhezustand. Dieser Zustand ist in der Realität unmöglich zu erreichen. Es wird als absoluter Nullpunkt bezeichnet, da es keinen schlechteren Energiezustand gibt. Es wird der Wert 0 K (Kelvin) zugewiesen. Deshalb ist die Temperatur in Kelvin immer eine positive Größe.

Es ist durchaus möglich, die Temperatur direkt in Energieeinheiten zu messen. Die Angabe der Temperatur in Grad hat jedoch eine lange Tradition und ist fest in der Physik verwurzelt. Deshalb haben wir diese Tradition aus praktischen Gründen bis heute beibehalten.

Notieren:

Die Temperatur wird in Kelvin (K) angegeben und für den täglichen Gebrauch in Grad Celsius (° C) oder Fahrenheit (° F) (in den USA und anderen Ländern) gemessen.

Die Temperaturunterschiede werden von den Experten immer in Kelvin angegeben.

• Umwandlung: 1 K º 1 ° C = 9/5 ° F.
• Umrechnungsformeln nach DIN 1345:
• tC = 5/9 (tF - 32) = TK - 273,15
• TK = 273,15 + tC
• tF = 1,8 tC + 32

Wie misst man?

Wie ist die allgemeine Struktur einer Maßeinheit?

1. Die Sonde: beherbergt den Sensor. Es gibt verschiedene Formen von Sensoren für verschiedene Anwendungen.
2. Das Sondenrohr mit dem Sensor: wandelt den physikalischen Messwert in ein elektrisches Signal um.
3. Die Verbindungsleitung: verbindet das Messgerät mit der Sonde (Sensor).
4. Das Messgerät: wandelt die Sondensignale in angezeigte Werte um (A / D-Wandlung).
5. Auflösung: die kleinste noch lesbare Unterteilung der Maßeinheit.

Die Auflösung

In diesem Beispiel zeigt das Display 22,3 ° C an, sodass die Auflösung 0,1 ° C beträgt. Wenn das Display 22,34 ° C anzeigt, beträgt die Auflösung 0,01 ° C. Bei digitalen Geräten kann die letzte Ziffer auf dem Display um +/- 1> Einheit springen. Die kleinste Einheit wird als Ziffer bezeichnet.

Beispiel: Anzeige von 22,3 ° C.

Anzeige -1 Stelle 22,2 ° C; Anzeige +1 Stelle 22,4 ° C.

Je schlechter die Auflösung eines Messgeräts ist, desto stärker kann ein Ziffernsprung die Genauigkeit des Messgeräts beeinflussen.

Sensoren: Betrieb

Die Auswahl des richtigen Sensors ist entscheidend für die Genauigkeit des Messergebnisses. Es gibt jedoch keinen idealen Sensor für alle Anwendungen:

Ein großer Messbereich bedeutet normalerweise eine begrenzte Genauigkeit.

Extrem schnelle Sonden eignen sich im Allgemeinen nicht für Messungen in der täglichen Arbeit, die ein robustes Gerät erfordern.

Die Konstruktionsform bestimmt, welche Sonde für eine bestimmte Messaufgabe am besten geeignet ist.

Thermoelementsensoren

Messstelle für elektrische Spannung / Referenzverbindung.
Der gemessene Wert der Referenzverbindung wird in 0 ° C umgerechnet.
Es muss eine ausreichende Reaktionszeit eingehalten werden.

Platin-Widerstandssensoren

Messprinzip: positiver Temperaturkoeffizient von Metallen.

Bericht: Temperatur und elektrischer Widerstand.

Referenzwert 0 ° C bei einem Widerstand von 100 Ohm durch einen gewickelten Platindraht.

Thermistorsensoren

Temperatursensoren basierend auf keramischem Oxidgemisch.

Negativer Temperaturkoeffizient: CTN.

Ohne Vergleichsstellenkompensation - ideal für Kühlräume und Gefrierschränke.

Arten von Sonden

Was ist die Aufgabe einer Sonde?

Temperatursonden erfassen die Temperatur eines Mediums und übertragen sie an den Sensor. Dazu muss sich das Sensormaterial zunächst an die Außentemperatur anpassen. Deshalb wird nie die Temperatur des Mediums gemessen, sondern nur die Temperatur der Sonde oder des Sensors.

Es dauert einige Zeit, bis die Sonde mit dem zu messenden Material harmoniert. Eine Sonde hat die Temperatur des Materials übernommen, die gemessen wurde, wenn ihre Temperatur gleich 99 ist% bei der Außentemperatur. Diese Zeitspanne wird als Zeit t99 bezeichnet.

Welche Formen der Sondenkonstruktion gibt es?

Je nach Verwendungszweck gibt es unterschiedliche Konstruktionsformen der Sonden. So wie man zum Beispiel ein anderes Messer benutzt, um Brot zu schneiden, als um Fleisch zu schneiden; Es gibt auch verschiedene Sonden zur Messung der Temperatur.

Eintauch- / Penetrationssonde

Harmonisierung der Sonden- und Flüssigkeitstemperaturen.

Reduzierte Rührreaktionszeit.

t99 ca. Im Idealfall 0,5 Sekunden.

Raumsensor

Reduzierte Wärmeübertragung zwischen Luft und Sensor.

Der Sensor ist frei; gut für den Einfluss des Luftstroms.

t99 idealerweise ca. 7 Sek.

Kontaktsonde

Ein starker Temperatursprung wie Luft wirkt isolierend.

Entfernen der Luftisolierung durch das Kontaktthermometer.

t99 ca. Im Idealfall 3 Sek.

Vermeiden von Messfehlern - Tipps zur korrekten Messung

Penetrations- und Immersionsmessungen

Bei Penetrations- oder Immersionsmessungen wird der Temperaturfühler direkt in das Messobjekt eingeführt. Die Messung ist beendet, wenn die Zeit t99 erreicht ist.

Die häufigsten Messfehler

Ist der Temperaturfühler kühler als das Messobjekt, wird dem Messobjekt in der Nähe des Sensors Energie in Form von Wärme entzogen. Wenn es heißer als das Messobjekt ist, erhält das Objekt Wärmeeintrag. Es ist auch notwendig, auf das Massenverhältnis von Sonde und Medium zu achten: Je größer das Verhältnis, desto größer die dem Objekt entzogene Energiemenge. Da diese Energieextraktion die Messung der tatsächlichen Temperatur des Objekts nicht mehr ermöglicht, kann eine zu große Masse der Sonde Messfehler verursachen.

Tipps zur korrekten Penetrationsmessung

• Die Eindringtiefe oder das Eintauchen sollte das 10- bis 15-fache des Sondendurchmessers betragen.
• Bei der Messung des Eintauchens in Flüssigkeiten muss die Flüssigkeit in Bewegung gehalten werden.
• Idealerweise ist t99 nach etwa 0,5 Sekunden erreicht.

Kontaktmessung

Bei Oberflächenmessungen wird der Sondenkopf vertikal auf der Oberfläche platziert. Hierbei ist darauf zu achten, dass weder die Kontaktfläche des Sondenkopfes noch das Messobjekt uneben sind, da dies die Messung verzerren kann.

Tipps zur Messung der Oberflächentemperatur

• Halten Sie die Sonde senkrecht zur Oberfläche, so dass ihre Spitze vollständig darauf ruht.
• Bewegen Sie die Sonde während der Messung nicht.
• Wenden Sie einen konstanten und ausreichenden Abtrieb an.
• Verwenden Sie Kontaktsonden mit geringer Masse.
• Idealerweise ist t99 nach ca. 3 Sekunden erreicht.

Messung der Umgebungstemperatur

Um die Temperatur der sich bewegenden Luft zu messen, wird die Messsonde einfach in der zu messenden Umgebung gehalten. Verwenden Sie idealerweise einen Raumsensor mit einem freien Sensor, um eine kurze Reaktionszeit zu erhalten. Das Messergebnis kann optimiert werden, indem die Sonde während der Messung mit einer Geschwindigkeit von 2 m / s in Luft bewegt wird.

Tipps zur Messung der Raumtemperatur

• Verwenden Sie einen Raumsensor mit einem freien Sensor (kein Penetrations- oder Kontaktsensor).
• Bewegen Sie die Sonde während der Messung mit einer Geschwindigkeit von 2 m / s.
• Halten Sie die Sonde von Ihrem Körper fern.
• Verwenden Sie eine strahlungsgeschützte Sonde.
• Idealerweise ist t99 nach ca. 7 Sekunden erreicht.