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Wissenswertes zur Temperatur Messtechnik

Temperaturmesstechnik umfasst vom einfachen Raumthermometer bis zur komplex aufgebauten Wärmebildkamera eine Vielzahl an Messgeräten, mit deren Hilfe die Temperatur von Gegenständen, Körpern oder Flächen erfasst werden kann. Wie die Geräte funktionieren und für welche Anwendungsbereiche sie sich eignen, erfahren Sie in unserem Ratgeber.


Temperatur und Temperaturmesstechnik

Messtechnik ist ein Sammelbegriff für Geräte, Verfahren und Methoden, die der Erfassung physikalischer Größen dienen. In der Temperaturmesstechnik bestimmt man konkret den thermischen Zustand eines Körpers. Rein physikalisch gesehen bezeichnet die Temperatur das Maß an Energie, die einem Körper innewohnt. Sie entsteht durch die ungeordnete Bewegung seiner Atome oder Moleküle. Befinden sich alle Teilchen im Ruhezustand, spricht man vom absoluten Nullpunkt, der mit 0 Kelvin (-273,15 °C) angegeben wird. Tiefer als bis zu diesem Punkt kann die Temperatur nicht sinken. Den Gesetzen der Quantenmechanik zufolge kann es einen Zustand der vollständigen Bewegungslosigkeit zwar nicht geben, dennoch markiert der Nullpunkt den Ursprung der absoluten beziehungsweise thermodynamischen Temperaturskala.

Die Anfänge der Temperaturmesstechnik reichen im Grunde genommen bis in die Antike zurück. Schon im Alten Griechenland wusste man, dass sich Luft bei steigender Temperatur ausdehnt und sich wieder zusammenzieht, wenn sie abkühlt. Auf dieser Erkenntnis aufbauend entwickelte der griechische Erfinder Philon von Byzanz 200 vor Christus eine einfache Vorrichtung zur Anzeige von Temperaturveränderungen: das sogenannte Thermoskop. Es gilt als Vorläufer des Thermometers und war im Wesentlichen wie ein Barometer aufgebaut. Hierin bestand auch der Nachteil der Apparatur, denn sie basierte allein auf Ausdehnung der Luft. Außerdem war es nicht möglich, konkrete Messwerte damit zu bestimmen. Mit Thermoskopen haben heutige Temperaturmessgeräte kaum noch etwas gemeinsam. Sie ermöglichen sehr präzise Messungen und sind mitunter hochkomplex konstruiert.


Geräte und Hilfsmittel zur Messung der Temperatur

Temperaturmessgeräte ermöglichen es, schnell und komfortabel die Temperatur von Oberflächen, Festkörpern, Flüssigkeiten und anderen Medien zu erfassen. Elektronische Messgeräte sind in der Regel mit Temperaturfühlern und leicht ablesbaren Displays ausgestattet. Gelegentlich verfügen sie über Speicherfunktionen, die sich als praktisch erweisen, wenn Messreihen aufgestellt oder Temperaturen dauerhaft erfasst werden sollen. Temperaturmessgeräte sind in vielerlei Varianten erhältlich, kommen in privaten Haushalten genauso zum Einsatz wie im Industriebereich und sind je nach Anwendungsbereich unterschiedlich aufgebaut.

Einstich- und Lebensmittelthermometer dienen beispielsweise speziell dazu, die Kerntemperatur von Lebensmitteln zu messen. Zu diesem Zweck sind sie mit einem Einstechfühler ausgestattet, der in das zu messende Objekt eingeführt wird. Dabei kann es sich beispielsweise um Flüssigkeiten, Luft und Gase, aber auch um halbflüssige und zähere Massen wie Fleisch, Milchprodukte oder Teig handeln.


Für die berührungslose Temperaturmessung sind Infrarot-Thermometer und Pyrometer das Mittel der Wahl. Sie messen Wärme- beziehungsweise Infrarot-Strahlung, die jeder Körper aussendet, dessen Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt. Infrarot-Strahlen sind elektromagnetische Strahlen, die durch einen im Thermometer integrierten Sensor erfasst, in ein elektrisches Signal umgewandelt und schließlich weiterverarbeitet werden. Infrarot-Thermometer und Pyrometer ermöglichen eine zuverlässige Temperaturmessung von Oberflächen und können auch aus einiger Entfernung zum Messobjekt eingesetzt werden. In Werkstätten oder im Rahmen von Baumaßnahmen leisten die Messgeräte gute Dienste.


Infrarot-Strahlung wird auch von Wärmebildkameras erfasst, die als Einzelgeräte erhältlich sind oder in Infrarot-Thermometern integriert sein können. Wärmebildkameras bilden – wie der Name schon andeutet – die Temperaturverteilung einer Fläche ab. Das bildgebende Verfahren wird fachsprachlich als Thermografie bezeichnet. Niedrigere Temperaturen werden in Blau und Violett, hohe Temperaturen in Rot bis Weiß dargestellt. Wärmebildkameras bieten den Vorteil, auch weiter entfernt liegende Objekte untersuchen zu können, und eignen sich beispielsweise gut, um Wärmebrücken in Gebäuden zu verorten oder und Schwachstellen in Heizungsanlagen zu identifizieren.


Eine Alternative zu komplex aufgebauten Temperaturmessgeräten sind Temperaturmessstreifen. Hierbei handelt es sich in der Regel um Klebefolien, die dauerhaft an einer Stelle angebracht werden und sich daher gut zur permanenten Temperaturüberwachung eignen. Temperaturmessstreifen sind mit wärmeempfindlichen Substanzen (Indikatoren) ausgestattet, die ihre Farbe verändern, sobald eine bestimmte Temperatur erreicht ist. Oftmals sind Temperaturmessstreifen zusätzlich mit einer Zahlenskalierung versehen und liefert somit konkrete Messwerte.


Temperaturfühler bilden in vielen Fällen die Basis für eine präzise Erfassung der Temperatur. Hierbei handelt es sich um elektronische Bauteile, die oftmals Bestandteil von Temperaturmessgeräten sind. Je nach Anwendungsgebiet unterscheidet man beispielsweise Luftfühler, Oberflächenfühler und Tauchfühler. Temperaturfühler sind Sensoren, die auf unterschiedliche Weise aufgebaut sein können. Sogenannte Heißleiter, auch NTC-Thermistoren (NTC = Negative Temperature Coefficient) genannt, verringern ihren Widerstand bei zunehmender Temperatur. Bei Kaltleitern oder PTC-Thermistoren (PTC = Positive Temperature Coefficient) hingegen steigt der Widerstand mit der Temperatur an. Allen Temperaturfühlern ist gemeinsam, dass sie die erfasste Temperatur in ein elektrisches Signaumwandeln und somit messbar machen. Mithilfe von Temperaturfühler-Zubehör wie Adaptern, Kabeln und Steckersätzen können die Fühler ausgetauscht oder nach eigenen Vorstellungen am Messgerät ausgerichtet werden.


 

Unser Praxistipp: Die Temperatur von Oberflächen richtig messen

Ist ein Temperaturmessgerät mit einem Fühler ausgestattet, ist es wichtig, selbigen möglichst senkrecht auf die Messfläche aufzusetzen. Der zu messende Bereich sollte außerdem eben sein. Wird der Fühler schräg aufgesetzt oder ist die Oberfläche uneben, kann das die Messergebnisse verfälschen. Bei einer berührungslosen Temperaturmessung ist hingegen wichtig, dass die Oberfläche frei von Störgrößen wie Staub, Schmutz, Feuchtigkeit und dergleichen ist, da immer die oberste Schicht gemessen wird.


Kaufkriterien für Temperaturmessgeräte – worauf kommt es an?

Ein wesentliches Kriterium beim Kauf von Temperatur-Messtechnik ist der Einsatzzweck. Soll die Temperatur schwer erreichbarer Stellen oder sich bewegender Objekte erfasst werden, empfiehlt sich der Griff zu Infrarot-Thermometern oder Pyrometern, die eine kontaktlose Temperaturmessung ermöglichen. Für die Messung der Kerntemperatur von Flüssigkeiten und Lebensmitteln hingegen ist eine Kontakt-Temperaturmessung anzuraten. Der Grund hierfür ist, dass Thermometer, die berührungslos messen, immer nur die Oberflächentemperatur erfassen. Darüber hinaus bietet eine Kontakt-Temperaturmessung bei glatten, wärmeleitfähigen Oberflächen eine höhere Genauigkeit als eine berührungslose Messung. Messgeräte mit einem Set aus verschiedenen Temperatursensoren, die gewechselt werden können, sind für mehrere Anwendungsbereiche geeignet und dadurch flexibel einsetzbar.

Darüber hinaus sind der Messbereich (Mindest- und Maximaltemperatur) und die Messgenauigkeit wichtige Faktoren bei der Auswahl eines geeigneten Messgeräts. Beides sollte sinnvoll gewählt sein. So ist ein Messbereich zwischen -50 und +5000 °C für haushaltsübliche Messungen nicht notwendig, während Temperatur-Messtechnik, die keine präzisen Messwerte liefert, keine gute Basis für professionelle Analysen ist. Die Messrate gibt an, mit welcher Frequenz ein Temperatursensor misst, und kann ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Genauigkeit einer Messung spielen. Außerdem gilt es auf die Art der Kalibrierung (DAkkS, ISO) und auf die IP-Schutzart zu achten, insbesondere, wenn zu erwarten steht, dass das Thermometer beziehungsweise Messgerät mit Staub oder Wasser in Kontakt kommt.

Ausstattung und Funktionen eines Messgeräts sollten den Ansprüchen der Messung und dem Einsatzbereich entsprechen. Messgeräte mit integrierten Datenloggern zur Speicherung von Messwerten sind äußerst hilfreich, um Temperaturbeobachtungen und Analysen durchzuführen. Über eine Schnittstelle (SD-Karte, microUSB, WLAN etc.) können die Daten auf den PC transferiert und schließlich ausgewertet werden. Eine gute Display-Auflösung und LED-Beleuchtung bieten Bedienkomfort, der gerade bei regelmäßigen Temperaturmessungen nicht außer Acht gelassen werden sollte.


FAQ – häufig gestellte Fragen zur Temperaturmesstechnik

Was versteht man unter dem Begriff Kalibrierung?

Im Laufe der Zeit kann die Messgenauigkeit von Thermometern nachlassen. Das ist einerseits durch Einflüsse von außen (Korrosion, mechanische Beschädigungen, zu hohe Temperaturen), andererseits auf Alterungs- und Abnutzungserscheinungen der Messtechnik selbst (Verschleiß des Materials) zurückzuführen. Mithilfe einer Kalibrierung kann festgestellt werden, ob eine Abweichung zwischen dem gemessenen und dem richtigen Wert besteht und wie hoch diese ausfällt. Im professionellen Bereich ist eine regelmäßige Kalibrierung von Messtechnik wichtig, um zuverlässige Werte zu erhalten.

Was sind Thermoelemente?

Thermoelemente zählen zu den Sensoren. Sie bestehen aus zwei Drähten verschiedenen Materials, die an einer Seite miteinander verknüpft und an der anderen Seite an ein Messgerät gekoppelt sind. 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.

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