Temperaturen können auf verschiedene Weise gemessen werden, zum Beispiel mittels:

1. Flüssigkeitsgefüllte Glasthermometer
2. Bimetall-Thermometer
3. Flüssigkeits- oder gasgefüllten Systemen mit Rohrfeder
4. Thermistoren (Wiederstand mit hohem negativen Temperaturkoeffizient)
5. Pyrometer
6. Thermoelementen
7. Widerstandsthermometern

1. Flüssigkeitsgefüllte Glasthermometer

Die Glasthermometer benutzen die Ausdehnung einer eingeschmolzenen Füllflüssigkeit, wobei sich das Ende der Flüssigkeitssäule in einer Kapillare hin- und herbewegt und gegen eine feste Skala eine Ablesung möglich macht. Als Füllflüssigkeit werden beispielsweise verwendet:

• Quecksilber von -39°C bis +625°C
• Toluol von -70 bis + 100°C
• Äthylalkohol von -110 bis +50°C

Bimetall-Thermometer

Als Meßglied wird ein spiralförmig gebogener Bi-Metallstreifen verwendet, der bei Temperatur-Beaufschlagung durch die unterschiedliche Ausdehnung der zwei aufeinandergewalzten Metallstreifen seine Krümmung ändert. Der dadurch entstehende Hub wird auf ein Zeigerwerk übertragen.

Flüssigkeits- oder gasgefüllte Systeme mit Rohrfeder

Das Meßsystem besteht aus dem Messglied (Schneckenfeder), Fühler und eventuell einer Kapillarleitung zwischen Meßglied und Fühler.
Das System ist unlösbar miteinender verbunden.
Durch Temperatureinwirkung auf den Fühler erfolgt eine Volumenänderung der Thermometerflüssigkeit, die eine Druckänderung im System zur Folge hat. Diese Druckänderung bewirkt eine Formänderung
des Meßgliedes, dessen Hub mittels Zahnsegment und Ritzel auf die Zeigerwelle und damit auf den Zeiger übertragen wird. Zeigerthermometer mit Gasfüllung haben Geräte mit einer giftigen Quecksilberfüllung abgelöst.
Versuche mit organischen Füllmitteln ergaben keine befriedigenden Genauigkeiten.

Das mit Stickstoff gefüllte Thermometer schließt die bisher bekannten Nachteile anderer Systeme aus. Thermometer mit einer ungiftigen Stickstoff-Füllung können z.B. in der Nahrungsmittelindustrie, Gefriertechnik, Maschinen- und Apparatebau sowie in der Petrochemischen Industrie eingesetzt werden.

Die wesentlichen Vorteile der gasgefüllten Thermometer sind:

• umwetfreundlich, da mit ungiftigem Stickstoff gefüllt
  
• sehr großer Meßbereich von -250 °C bis +800 °C
  
• kurze Reaktionszeit
  
• unempfindlich gegenüber Umgebungstemperaturen, daher keine Kompensation (Ausgleichsleitung) bei Fernleitung bis 100 m erforderlich
  
• kleinste Temperaturfühler möglich
  
• für örtliche Messungen oder als Fernthermometer einzusetzen

Taucher und Schutzhülsen

Die Bestimmung des für den jeweiligen Bedarfsfall geeigneten Tauchers richtet sich nach seinem Verwendungszweck. Dafür stehen einmal verschiedene Werkstoffe für neutrale und aggressive Medien und zum anderen verschiedene Anschlußarten zur Verfügung. So gibt es z.B. Taucher aus Stahl, Kupfer, mit Kupfer- oder Messingüberzug und aus nichtrostendem Stahl, mit Stopfbuchs-, Gewinde- oder Flanschanschluß.

Wichtig ist, daß der Taucher eine genügend große Oberfläche und der Werkstoff eine günstige Wärmeleitzahl besitzt, damit ein schneller Wärmeaustausch gewährleistet wird.

Ferner ist zu berücksichtigen, daß eine bestimmte Mindesteintauchtiefe, die je nach Meßbereich unterschiedlich groß ist, eingehalten werden muß, damit der aktive Teil des Tauchers gut vom Medium umspült werden kann. Nur so wird eine einwandfreie und genaue Messung gewährleistet.
Schutzhülsen dienen dazu, den Taucher vor aggressiven Medien und hohen Drücken zu schützen.

Gleichzeitig erlauben sie eine Entnahme des Tauchers aus unter Druck stehenden Leitungen, Behältern usw. Nach unseren Erfahrungen ist bei Drücken über 40 bar der Einsatz einer Schutzhülse erforderlich, um Fehlmessungen, die durch das Zusammendrücken des Tauchers entstehen, zu vermeiden.

Um den Wärmeaustausch zwischen Meßgut und Taucher, der durch Verwendung einer Schutzhülse zwangsläufig verzögert wird, zu verbessern, empfiehlt es sich, die Schutzhülse mit einem temperaturbeständigen Öl zu füllen. Schutzhülsen können, ebenso wie die Taucher selbst, aus den verschiedensten Werkstoffen und mit verschiedenen Anschlüssen hergestellt werden.

Von entscheidender Bedeutung für eine genaue Anzeige ist ferner der richtige Einbau der Taucher. Sie sollen in Rohrleitungen möglichst unter 45°C entgegen der Stömungsrichtung und in engen Leitungen möglichst in Krümmern oder Kniestücken angeordnet werden.

Zur indirekten Temperaturmessung werden Anlegefühler eingesetzt, die die Produkttemperatur über die Behälterwand messen.

Thermistoren

Bei Halbleitern sind die Valenzelektronen fester an die Atomkerne gebunden als bei Metallen, Die Zahl der freien Leitungsträger ist zunächst gering, nimmt aber mit steigender Temperatur zu. Es vergrößert sich die Eigenleitfähigkeit. Dadurch erniedrigt sich der elektrische Widerstand der Halbleiter. Dieser Effekt wird bei speziellen, aus Oxiden von Schwermetallen oder seltenen Erden gemischten und bei hohen Temperaturen gesinterten Bauelementen zur Temperaturmessung genützt. Die scheiben-, kugel- oder zylinderförmig hergestellten Sensoren werden als NTC-Widerstände oder Thermistoren bezeichnet.

Pyrometer

Infrarot-Temperaturmeßgeräte erfassen die Oberflächentemperatur ohne direkten Kontakt zum Meßobjekt. Dadurch können Temperaturkontrollen an nicht berührbaren Teilen, schlechten Wärmeleitern, plastischen Werkstoffen, aggresiven Medien usw. vorgenommen werden.

Thermoelemente

Thermoelemente werden am meisten als Temperatursonden in Kombination mit Meßumformern verwendet. Sie weisen folgende Vorteile auf:

• Akzeptable Genauigkeit
  
• Breite Temperaturmeßbereiche
  
• Relativ schnelle thermische Einstellzeit
  
• Robust

Die Funktion der Thermoelemente basiert auf der Erscheinung, daß zwei verschiedene, an einem Ende zusammengefügte Metalle bei einem Temperaturunterschied zwischen den Kontakstellen und den freien äußeren Enden eine Spannung (EMK) erzeugen. Je größer die Temperaturdifferenz, desto höher ist die EMK. Für die spezifische Tempreaturdifferenz hängt die Größe der erzeugten EMK (Wärmespannung) auch von den   ausgewählten Metallen ab.
In der Praxis wird die Temperatur an den freien äußern Enden konstant gehalten (Vergleichsstelle). Die Temperatur an der Kontaktstelle variiert in Übereinstimmung mit der gemessenen Temperatur.
Ist die Temperatur an der Vergleichstelle Schwankungen unterworfen, so muß der entstehende Meßfehler kompensiert werden.
Dies kann durch Entgegenschalten eines Vergleichs-Thermoelementes geschehen, dessen Spitze in einem Medium mit konstanter Temperatur gehalte wird oder in einem temperaturgeregelten Kasten (50°C).

Widerstandsthermometer

Temperaturmessungen mit Widerstandsthermometern stützen sich auf die Eigenschaft, daß Metalle ihren Widerstand bei Temperaturschwankungen ändern.

Die Wahl des Metalles, das zur Temperaturmessung verwendet werden kann, hängt von verschiedenen Faktoren ab.

• Verfügbarkeit über reine Metalle
  
• das Material muß sich in feine Drähte ziehen lassen
  
• der Temperaturkoeffizient des Materials muß reproduzierbar sein
  
• der Verlauf des Temperaturkoeffizienten sollte linear sein
  
• Temperaturänderungen müssen schnell erfaßt werden
  
• die proportionale Widerstandsänderung muß groß sein

In der Technik werden vorwiegend Nickel- und Platinthermometer benutzt, diese erfüllen die o. g. Bedingungen.

Meßprinzip

2- Leiter-Schaltung

Bei der 2-Leiter-Schultung wird der Widerstandsthermometer über 2 Leitungen an den Eingang eines Transmitters angeschlossen. In dieser Schaltung sind die Leitungswiderstände RL in Serie mit dem RT angeschlossen und müssen infolgedessen berücksichtigt werden. Das gleiche gilt auch für die Übergangswiderstände an den Eingangsklemmen. Die Brückenschaltung wird deshalb für einen bestimmten Leitungswiderstand ausgelegt. Wenn der Fühler angeschlossen wird, müssen die Brücke und die Zuleitungen mittels Nullpunkt und Mess-Spanne abgeglichen werden.

3- Leiter-Schaltung

Bei dieser Schaltung sind die RT-Leitungen an den Transmittereingang angeschlossen. An einer Seite des RTs gibt es einen speziellen Abgrifft für die Spannung, der keinen Strom führt. Auf diese Weise sind die Leitungen an beiden Seiten des RTs symmetrisch und beeinflussen den Meßvorgang nicht. Um eine höhere Meßgenauigkeit zu erreichen, muß man die Meßleitungen gegeneinander abgleichen.

4- Leiter-Schaltung

Bei dieser Methode wird der RT mittels 4 Leitungen an den Transmittereingang angeschlossen. Zwei Leitungen werden für die Zufuhr eines konstanten Stromes an den RT benutzt. Der Spannungsabfall über dem RT wird dann mit den zwei verbleibenden Leitungen gemessen, die keinen Strom führen. Der Einfluß des Leitungswiderstandes wird praktisch komplett aufgehoben

Widerstandsthermometer Pt 100
2-,3- und 4-Leiter-Schaltung