Techniklexikon

Dampfdruckthermometer

Dampfspannungsthermometer, Tensionsthermometer, Thalpotasimeter, besonders für die Kryotechnik geeigneter Thermometertyp, bei dem der Zusammenhang zwischen dem Dampfdruck eines Messfluids und der Temperatur genutzt wird. Eine Kapillare verbindet die mit einigen Zehnteln cm³ Messflüssigkeit gefüllte Messzelle mit dem auf Umgebungstemperatur befindlichen Druckmessgerät, meist einem Federthermometer oder einem elektrischen Drucksensor. Aus dem gemessenen Dampfdruck ermittelt man die Temperatur mit Hilfe von Dampfdruckgleichungen (z.B. der Clausius-Clapeyron-Gleichung) oder Tabellen. Der Anwendungsbereich des Dampfdruckthermometers geht bei Benutzung von Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Helium als Füllgas bis in die Nähe des absoluten Nullpunktes. Andere gebräuchliche Füllgase sind Alkohole, Argon, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Ammoniak.

In der Tieftemperaturphysik und der Vakuumtechnik ist das Dampfdruckthermometer im Bereich T < 120K die zuverlässigste Methode der Temperaturmessung, da es u.a. weder kalibriert werden muss noch Fremdenergie benötigt. Für den untersten mit dieser Methode zugänglichen Bereich von 1-4,2K wird Helium verwendet. Die Messkammer wird häufig direkt in die Probe eingearbeitet, um einen guten Wärmekontakt zu gewährleisten. Sie entspricht der Messkammer eines Gasthermometers, ist aber kleiner (ca. 1cm³). Bei der Messung muss darauf geachtet werden, dass die Zuleitung zum auf Raumtemperatur gehaltenen Manometer möglichst geringe Wärmeleitung besitzt und dass keine Wärmegradienten im Kältebad auftreten. Es darf ausserdem kein Teil des Thermometers eine kleinere Temperatur als das Messgefäss besitzen, da der Dampf sonst dort kondensieren würde, es würde damit die entsprechende Kondensationstemperatur statt der Temperatur der Probe angezeigt. Die theoretisch erreichbare Minimaltemperatur liegt bei ca. 0,75K. In realen Systemen sind die Anwendungen jedoch auf T > 1-1,2K beschränkt, da die sehr geringe Gasdichte über der Flüssigkeit zu Problemen in der in das Kältebad eingebrachten Nutztechnik führt. Die Temperatur lässt sich mit dieser Methode sehr exakt messen, oberhalb ca. 1,2K signifikant bis zur zweiten Nachkommastelle. [MD, UR]