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Ratgeber
Die Temperatur ist eine grundlegende physikalische Größe und beschreibt den Wärmezustand eines Körpers oder Systems. Sie beeinflusst nicht nur Klima und Umwelt, sondern sämtliche Aspekte unseres alltäglichen Lebens, von der Gesundheit bis zur Technologie.
Die Erfassung der Temperatur kommt daher eine hohe Bedeutung zu. Hier kommt Temperaturmesstechnik ins Spiel. Sie umfasst vom einfachen Raumthermometer bis zur komplex aufgebauten Wärmebildkamera eine Vielzahl an Messgeräten, mit deren Hilfe die Temperatur von Oberflächen und Medien zuverlässig erfasst werden kann. Die Einsatzgebiete sind vielfältig. So werden Temperaturmessgeräte beispielsweise bei Wetterdiensten, in der Heiz- und Klimatechnik, im medizinischen Sektor, in der Lebensmittelbranche und unzähligen weiteren Bereichen genutzt.
Was diese Art von Messgeräten auszeichnet, für welche Anwendungsbereiche sie sich jeweils eignen und worauf Sie bei der Auswahl achten sollten, erfahren Sie in unserem Ratgeber.
Die Temperatur ist eine allgegenwärtige physikalische Größe. Sie hat Einfluss auf sämtliche Lebensbereiche und so gut wie alle Prozesse sind gewissermaßen temperaturabhängig.
Dementsprechend wichtig ist es, die Temperatur korrekt erfassen zu können. Für diese Aufgabe wird Temperaturmesstechnik verwendet.
Unter diesem Begriff werden sämtliche Messgeräte zusammengefasst, mit denen Sie die Temperatur von Körpern, Oberflächen oder Medien bestimmen können.
Das Spektrum reicht von elektrischen und mechanischen bis hin zu mechatronischen Messgeräten. Zur Messung und Angabe der Temperatur gibt es mehrere Einheiten, zwei sehr gebräuchliche sind Kelvin (K) und Grad Celsius (°C).
Der absolute Nullpunkt, also der untere Grenzwert für die Temperatur, beträgt 0 Kelvin beziehungsweise -273,15 °C.
Im Bereich der Temperaturmessgeräte herrscht eine beeindruckende Vielfalt. Manche Ausführungen sind speziell für Oberflächenmessungen von Feststoffen konzipiert, andere können die Temperatur von Gasen, Dämpfen oder Flüssigkeiten messen. Ebenso wird zwischen Berührungsmessung und berührungsloser Messung unterschieden. Wir geben einen Überblick:
Kontaktthermometer
Kontaktthermometer können analog oder digital ausgeführt sien. Elektronische Temperaturmessgeräte sind in der Regel mit Temperaturfühlern und leicht ablesbaren Displays ausgestattet. Häufig verfügen sie über Speicherfunktionen, die nützlich sind, wenn Messreihen erstellt oder Temperaturwerte dokumentiert werden sollen.
Diese Geräte gibt es in vielerlei Ausführungen und sie finden sowohl in Privathaushalten als auch in der Industrie Anwendung. Je nach Einsatzgebiet unterscheiden sie sich in Aufbau und Funktion. Einstich- und Lebensmittelthermometer beispielswese verfügen über einen Einstechfühler, der in das Messobjekt eingeführt wird. Thermometer dieser Art finden häufig Verwendung, um die Temperatur von halbflüssigen oder zähen Stoffen zu ermitteln. Sie eignen sich für den Einsatz in Küchen, Laboren und Produktionsprozessen.
Berührungslose Thermometer
Eine berührungslose Temperaturmessung ermöglichen Infrarot-Thermometer und Pyrometer. Sie erfassen Wärme- oder Infrarotstrahlung, die von jedem Körper abgegeben wird, dessen Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt. Infrarotstrahlen gehören zu den elektromagnetischen Wellen und werden von einem Sensor im Thermometer aufgenommen. Dieser wandelt die Strahlung in ein elektrisches Signal um, das anschließend verarbeitet und zur Anzeige der Temperatur genutzt wird.
Berührungslose Thermometer können aus einer gewissen Distanz zum Messobjekt verwendet werden und eignen sich daher sehr gut für Anwendungen, bei denen eine Kontaktmessung schwierig oder unmöglich wäre. Sie kommen unter anderem in Werkstätten und im Bauwesen, aber auch im Gesundheitswesen zum Einsatz.
Temperaturmessstreifen
Eine einfache Alternative zu komplexen Temperaturmessgeräten sind Temperaturmessstreifen. Diese bestehen meist aus Klebefolien, die fest an einer Stelle angebracht werden und somit eine dauerhafte Temperaturüberwachung ermöglichen.
Temperaturmessstreifen enthalten wärmeempfindliche Substanzen (Indikatoren), die ihre Farbe verändern, sobald eine bestimmte Temperatur erreicht wird. So lassen sich Temperaturänderungen schnell erkennen. Viele Temperaturmessstreifen sind zusätzlich mit einer Skala versehen, um konkrete Messwerte ablesen zu können.
Temperaturmesstechnik spielt in zahlreichen Bereichen unseres Lebens eine Rolle und ist nahezu unverzichtbar, um Prozesse zu überwachen und Qualität und Sicherheit zu gewährleisten – angefangen bei alltäglichen Aufgaben im Haushalt bis hin zu spezialisierten industriellen Anwendungen oder im wissenschaftlichen Kontext.
Haushalt und Alltag
Fieberthermometer dienen dazu, die Körpertemperatur zu bestimmen, und sind in fast jedem Haushalt zu finden. Raumthermometer und Wetterstationen helfen dabei, die Innen- bzw. Außentemperatur zu erfassen. In der Küche können Koch- oder Bratthermometer genutzt werden, um die Temperatur von Speisen zu prüfen.
Medizin und Pharmazie
Digitale und Infrarot-Thermometer sind unverzichtbare Hilfsmittel in Krankenhäusern und Arztpraxen. Darüber hinaus sorgen Temperaturmesssysteme dafür, dass Kühlketten eingehalten und Medikamente, Impfstoffe und Blutkonserven unter optimalen Bedingungen gelagert werden. In der Diagnostik findet auch die Thermografie Anwendung, um lokale Temperaturveränderungen am Körper sichtbar zu machen.
Industrie
In der Industrie ist die Temperaturkontrolle eine wichtige Maßnahme. Messgeräte ermöglichen es, Temperaturen beim Schweißen, Härten oder Gießen einzuhalten sowie Maschinen und Motoren vor Überhitzung zu schützen. In der Lebensmittelbranche und Elektronikherstellung können Standards bei Produktion und Lagerung nur mithilfe von Temperaturmesstechnik sichergestellt werden.
Bauwesen und Handwerk
Im Bauwesen und Handwerk wird Temperaturmesstechnik eingesetzt, um Baumaterialien zu prüfen und beispielsweise die Aushärtung von Beton zu überwachen. Mit Infrarot-Thermometern oder Wärmebildkameras können außerdem Wärmebrücken oder defekte Isolierungen in Gebäuden aufgespürt werden. Bei Sanitärinstallationen hilft Temperaturmesstechnik, die Funktionalität von Warm- und Kaltwasserleitungen sicherzustellen.
Wissenschaft und Forschung
Auch in Wissenschaft und Forschung spielt Temperaturmessung eine bedeutende Rolle, etwa bei der Analyse chemischer Reaktionen oder biologischen und physikalischen Experimenten. In der Kryotechnik ist es notwendig, extrem niedrige Temperaturen zu ermitteln, wofür es spezialisierte Messgeräte gibt.
Energie- und Umwelttechnik
In Kraftwerken, Solaranlagen und Windkraftanlagen ist die Überwachung von Temperaturen eine notwendige Maßnahme, um einen sicheren und effizienten Betrieb zu gewährleisten. Darüber hinaus erfüllt Temperaturmesstechnik eine wichtige Funktion für die Regelung von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen.
Automobil- und Luftfahrtindustrie
Temperaturmesstechnik wird zum Zweck der Instandhaltung und Materialprüfung im Automobilsektor eingesetzt – etwa zur Überwachung von Kühlkreisläufen und Motoren. Flugzeugkomponenten durchlaufen thermische Tests, um ihre Sicherheit und Haltbarkeit zu garantieren. Auch die Überwachung der Temperatur in Lithium-Ionen-Batterien ist von großer Bedeutung, damit sie leistungsfähig bleiben.
Elektronik
In der Elektronik ist Temperaturmesstechnik unerlässlich, um Überhitzungen von Prozessoren, Netzteilen und anderen Bauteilen zu verhindern. Es muss sichergestellt sein, dass elektronische Geräte innerhalb ihrer zulässigen Betriebstemperaturen arbeiten, damit sie optimal funktionieren.
Im Laufe der Zeit kann die Genauigkeit von Temperatursensoren nachlassen. Das ist einerseits durch Einflüsse von außen (Korrosion, mechanische Beschädigungen, zu hohe Temperaturen), andererseits auf Alterungs- und Abnutzungserscheinungen (Verschleiß des Materials) zurückzuführen. Mithilfe einer Kalibrierung kann festgestellt werden, ob eine Abweichung zwischen dem gemessenen und dem tatsächlichen Wert besteht und wie hoch diese ausfällt. Gerade im professionellen Bereich ist das regelmäßige Kalibrieren von Messgeräten wichtig, um dauerhaft zuverlässige Werte zu erhalten.
Die gängigste Methode ist der Vergleich mit einem kalibrierten Referenzsensor. Die Ist-Temperatur wird gleichzeitig mit dem Referenzsensor und dem zu kalibrierenden Sensor gemessen. Anhand der Ergebnisse können Sie erkennen, ob es Abweichungen gibt.
Beim Kauf eines Temperaturmessgeräts spielt der Einsatzzweck eine zentrale Rolle. Wenn Temperaturen an schwer zugänglichen Stellen oder von beweglichen Objekten gemessen werden sollen, sind Infrarot-Thermometer oder Pyrometer eine gute Wahl, da sie eine kontaktlose Messung ermöglichen. Für die Ermittlung der Kerntemperatur von Lebensmitteln kommen Sie um eine Kontaktmessung nicht umhin, da berührungslose Thermometer nur die Oberflächentemperatur messen.
Neben dem Einsatzzweck sind der Messbereich (Minimal- und Maximaltemperatur) sowie die Messgenauigkeit entscheidende Kriterien bei der Auswahl. Die Messrate, also die Frequenz, mit der der Sensor Messwerte erfasst, kann ebenfalls die Präzision der Messungen beeinflussen. Des Weiteren ist es sinnvoll, die Art der Kalibrierung (z. B. DAkkS oder ISO) und die IP-Schutzart beim Kauf mit im Blick zu haben.
Ausstattung und Funktionsumfang des Messgeräts sollten auf die spezifischen Anforderungen abgestimmt sein. Geräte mit integrierten Datenloggern sind nützlich, um Messwerte zu speichern und für Temperaturanalysen bereitzustellen. Über Schnittstellen wie SD-Karten, microUSB oder WLAN können die Daten unkompliziert auf einen Computer übertragen und ausgewertet werden. Ein gut ablesbares Display mit hoher Auflösung und LED-Beleuchtung trägt zum Bedienkomfort bei.
Gut zu wissen: Messgeräte, die mit einem Set austauschbarer Temperaturfühler ausgestattet sind oder mit Temperaturfühler-Zubehör erweitert werden können, eignen sich für unterschiedliche Anwendungen und bieten somit mehr Flexibilität.
Führen Sie mit einem digitalen Thermometer eine Temperaturmessung in der Luft durch, bewegen Sie es mit geringer Geschwindigkeit in der Umgebung, damit der Sensor einen korrekten Wert angeben kann. Bei einer Kontaktmessung an Gegenständen, platzieren Sie den Fühler möglichst vollständig und senkrecht auf der (im Optimalfall ebenen) Oberfläche, um Messungenauigkeiten vorzubeugen. Achten Sie darauf, dass die Oberfläche sauber und trocken ist. Wenn Sie die Temperatur einer Flüssigkeit messen, sollte der Temperatursensor möglichst weit in die Flüssigkeit hineinragen – mindestens um das Zehnfache des Fühlerdurchmessers.
Welche Faktoren können die Genauigkeit von Temperaturmessungen beeinflussen?
Nicht nur Umgebungseinflüsse wie Interferenzen, Wind oder hohe Luftfeuchtigkeit können für variierende Ergebnisse bei der Temperaturmessung sorgen. Auch gerätespezifische Faktoren spielen eine Rolle, beispielsweise wenn der Sensor zu alt oder unzureichend kalibriert ist. Wird mit mehreren Messverfahren oder Gerätetypen zugleich gearbeitet, beeinflussen unterschiedliche Empfindlichkeiten die Genauigkeit. Eine unsachgemäße Bedienung des Geräts und falsches Ablesen sind weitere potenzielle Fehlerquellen.
Was sind die Vor- und Nachteile von kontaktbasierten und kontaktlosen Temperaturmessverfahren?
Kontaktbasierte Temperatursensoren bieten eine hohe Genauigkeit durch direkten Kontakt mit dem Messobjekt. Sie sind in der Regel kostengünstig in der Anschaffung und eignen sich für eine breite Palette von Anwendungen. Allerdings haben Sensoren dieses Typs oft eine langsamere Reaktionszeit, da der Sensor eine gewisse Masse hat, die erst auf die Zieltemperatur kommen muss. Zudem kann der direkte Kontakt mit heißen oder korrosiven Materialien zu schnellerem Verschleiß führen, was die Lebensdauer des Sensors beeinträchtigen kann. Im Gegensatz dazu ermöglichen kontaktlose Temperaturmessgeräte wie Infrarot-Thermometer schnelle und sichere Temperaturmessungen aus der Ferne. Die Methode eignet sich deal für die Bestimmung sehr hoher Temperaturen und für den Einsatz in Umgebungen, in denen Sicherheit eine große Rolle spielt, da kein direkter Kontakt erforderlich ist. Allerdings können solche Geräte teurer sein und ihre Genauigkeit kann durch Umgebungseinflüsse wie Staub oder Dampf sowie durch die Oberflächenbeschaffenheit (wärmereflektierend) des Messobjekts beeinträchtigt werden.
Was ist der Unterschied zwischen einem Thermoelement und einem Widerstandsthermometer?
Thermoelemente zählen zu den Sensoren. Sie bestehen aus zwei Drähten verschiedenen Materials, die an einer Seite miteinander verbunden sind. An der anderen Seite ist ein Messgerät angeschlossen. Hat die Verbindungsstelle eine andere Temperatur als die gegenüberliegende Seite, entsteht eine Spannung, die mithilfe des Messgeräts erfasst und in einen Temperaturwert umgerechnet werden kann. Thermoelemente messen also immer die Temperaturdifferenz. Im Gegensatz dazu basiert ein Widerstandsthermometer (oder Resistance Temperature Detector, kurz RTD) auf der Eigenschaft, dass der elektrische Widerstand eines Metalls mit der Temperatur ansteigt.
Was bedeutet PT100?
„PT100“ bezeichnet einen spezifischen Typ von Widerstandsthermometer, das Platin als Widerstandsmaterial verwendet. Die „100“ im Namen steht für den elektrischen Widerstand des Sensors bei 0 Grad Celsius, also 100 Ohm. PT100-Sensoren werden häufig in industriellen und labortechnischen Anwendungen eingesetzt, wo präzise Temperaturmessungen erforderlich sind.