Ausdehnungsthermometer
Ausdehnungsthermometer sind spezielle Thermometer, mit denen man die Temperatur durch Messen der Längen- oder Volumenänderung eines Körpers bestimmt.
Man kann Ausdehnungsthermometer grob unterteilen in
- Flüssigkeitsthermometer
- Gasthermometer
- Festkörperthermometer
Unten werden Beispiele solcher Thermometer beschrieben.
Das Messprinzip dieser Thermometer beruht auf der thermischen Ausdehnung von Stoffen:
mit als Ausdehnungskoeffizienten des Stoffes, als Anfangslänge und als Temperatur.
Die Grenzen werden durch die jeweiligen Eigenschaften des Materials gesetzt, zum Beispiel den Siedepunkt oder die Erstarrungstemperatur. Fehler können zum Beispiel durch thermische Nachwirkung des Glasröhrchens sowie nicht gleichmäßige Ausdehnung des Stoffes und der Kapillare über den gesamten Temperaturbereich verursacht werden.
Flüssigkeitsthermometer bestehen aus einem kleinen Glas-Kolben zur Aufnahme der Thermometerflüssigkeit mit angeschmolzener kalibrierter Glaskapillare und einer Anzeige (Skala). Proportional zur Temperaturänderung ändert sich das Volumen der Flüssigkeit, wodurch der Stand in der Kapillare steigt beziehungsweise sinkt. Anhand des Standes und der Skalenmarkierung lässt sich die Temperatur ablesen. Je nach Messbereich verwendet man verschiedene Flüssigkeiten, z. B. Alkohol (-110 °C bis 50 °C), Toluol (-90 °C bis 110 °C) oder Pentan (-200 °C bis 35 °C) und sehr häufig Quecksilber (-39 °C bis 150 °C), das wegen seiner Eigenschaft, Glas nicht zu benetzen, bevorzugt wird.
Flüssigkeits-Feder-Thermometer bestehen aus einem Gefäß, an das über ein Kapillarrohr ein Manometer angekoppelt ist. Das Gefäss ist mit einer Flüssigkeit gefüllt; verwendet werden Quecksilber, Xylol, Toluol oder andere. Bei einer Temperaturänderung steigt oder sinkt der Druck im System, was durch das Manometer angezeigt wird. Der Einsatzbereich dieser Themometer liegt bei -60° bis 500 °C.
Gas-Feder-Thermometer (oder Gasthermometer) sind aufgebaut wie Flüssigkeits-Feder-Thermometer. Statt mit einer Flüssigkeit sind sie mit einem Gas gefüllt (Stickstoff oder Helium bei ungefähr 50 Bar). Der Einsatzbereich dieser Themometer liegt bei -200 bis 800 °C.
Festkörperthermometer sind zum Beispiel Bimetallstreifenthermometer, bei denen zwei Streifen unterschiedlicher Metalle aufeinander befestigt werden. Durch ihre unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten dehnen sie sich bei Temperaturveränderung verschieden aus. Dadurch verbiegt sich der Bimetallstreifen. Dies wird als Thermoschalter zum Beispiel im Bügeleisen ausgenutzt.