Techniklexikon

Ausdehnungsthermometer

auf der thermischen Ausdehnung eines Stoffes, meist einer Flüssigkeit, beruhendes Thermometer. Dabei geht man von einer linear mit der Temperatur verlaufenden Expansion des Thermometermaterials aus:, worin V für das Volumen, T für die Temperatur, V(T₁) für das als bekannt vorausgesetzte Volumen bei der Temperatur T₁ und  für den mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten steht.

Das Ausdehnungsthermometer ist der am weitesten verbreitete Typ eines Temperturmessgerätes. Die üblichsten Typen dieser Art von Thermometer sind:

1) Flüssigkeitsthermometer, meist in Form einer flüssigkeitsgefüllten Glasröhre realisiert. Der Unterschied der thermischen Ausdehnung der Flüssigkeit zu derjenigen des Glases treibt die Flüssigkeit in die schmale Glassäule oberhalb des Kolbens, wo die Temperatur durch Vergleich des Flüssigkeitspegels mit einer Skala abgelesen werden kann. Die für diesen Zweck gebräuchlichste Flüssigkeit ist Quecksilber, mit der Thermometer gewöhnlich zwischen  - 39°C und + 600°C betrieben werden können (dies aber üblicherweise nicht mit einem einzigen Instrument); zwischen  - 10°C und + 110°C ist eine Messunsicherheit von 5mK erreichbar. Von Nachteil ist das grosse Volumen des Thermometergefässes, das eine starke Anzeigeverzögerung zur Folge hat.

Die beiden wichtigsten Grundformen sind das Stabthermometer, bei dem die Skala direkt auf dem dickwandigen Kapillarrohr aufgebracht ist, und das Einschlussthermometer, bei dem die Skala auf einem von der Messkapillare getrennten Skalenträger befindet, die beide vom Umhüllungsrohr eingeschlossen sind.

Einschlussthermometer lassen sich wegen der geringeren Parallaxe leichter ablesen.

Spezielle Bauarten sind z.B. das Beckmann-Thermometer, Kalorimeterthermometer, Umkippthermometer und Extrem- oder Maximum-Minimum-Thermometer.

2) Flüssigkeits-Federthermometer, bei denen ein flüssigkeitsgefülltes Metallgefäss als Messfühler über ein Kapillarrohr von 0,1 mm - 0,3 mm Durchmesser mit einem Manometer mit elastischem Messglied verbunden ist, das eine Temperaturteilung trägt. Eine Temperaturänderung des Messfühlers führt zu einer Änderung des Innendrucks der thermometrischen Flüssigkeit, die durch das Manometer angezeigt wird. Es können Temperaturen im Bereich von  - 30°C bis  + 500°C gemessen werden, wobei die Messunsicherheit 1%-3% der Messspanne des Thermometers beträgt.

3) Gas-Federthermometer arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie Flüssigkeits-Federthermometer, sind jedoch mit Gas, meist Stickstoff oder Helium unter hohem Druck, statt mit Flüssigkeit gefüllt. Das Gefässvolumen muss mindestens das fünfzigfache von dem von Leitung und Manometer betragen, um eine hinreichend gut messbare Druckänderung zu erzeugen.

4) Grundlage der Metallausdehnungsthermometer ist die unterschiedliche thermische Ausdehnung verschiedener Metalle. Wird beispielsweise ein Bimetallkörper zu einer Spirale gewickelt, sein äusseres Ende festgehalten und am inneren Ende ein Zeiger angebracht, so machen sich Temperaturänderungen in Winkelausschlägen des Zeigers bemerkbar. Es können Temperaturen im Bereich von  - 70°C bis  + 600°C gemessen werden, wobei die Messunsicherheit 1%-3% der Messspanne beträgt.

Ausdehnungsthermometer 1: Flüssigkeits-Glasthermometer: a) Stabthermometer, b) Einschlussthemometer.

Ausdehnungsthermometer 2: Metallausdehnungsthermometer.