Temperatur-Messung, Dampf-druck-Feder-thermometer, Bourdon-Rohr, Rohr-Feder, Ritzel, Zahnstange, Zeiger

Dampfdruck-Federthermometer

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Wie funktionieren Dampfdruck-Federthermometer?
  • Weshalb haben Dampfdruck-Thermometer eine nicht-lineare Skala?

Nach demselben Prinzip wie Flüssigkeits– und Gas-Federthermometer arbeiten die weniger verbreiteten Dampfdruck-Federthermometer. Dabei wird als thermometrsiche Substanz eine leicht flüchtige Flüssigkeit verwendet, die das Thermometervolumen jedoch nur teilweise einnimmt. Die Flüssigkeit beginnt zu verdampfen und füllt schließlich das restliche Volumen mit Dampf. In der Folge steigt der Druck bis sich ein Gleichgewicht zwischen Flüssigkeitsphase und Gasphase einstellt. Vereinfacht gesprochen führt der ansteigende Druck dazu, dass die verdunstenden Flüssigkeitsteilchen durch den hohen Druck wieder zurück in die Flüssigkeitsphase gedrängt werden.

Temperatur-Messung, Dampf-druck-Feder-thermometer
Abbildung: Dampfdruck-Federthermometer

Dieser Gleichgewichtszustand zwischen Gasphase (Dampfanteil) und Flüssigkeitsphase (Flüssigkeitsanteil) ist von der Temperatur abhängig (vgl. Dampfdruckkurve). Steigt die Temperatur, dann wird mehr Flüssigkeit verdunsten und der Dampfdruck entsprechend ansteigen (siehe hierzu auch den Artikel Verdunstung von Flüssigkeiten). Dieser ansteigende Dampfdruck wird wie bei Gas-Federthermometern über eine Rohrfeder zur Anzeige gebracht. Umgekehrt führt eine Temperaturerniedrigung dazu, dass ein Teil des gasförmigen Dampfes wieder kondensiert und der Dampfdruck abnimmt. Die Temperaturanzeige geht zurück.

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Abbildung: Schnitt durch ein Dampfdruck-Federthermometer
Animation: Aufbau und Funktion eines Dampfdruck-Federthermometers

Dadurch dass die Dampfdruckkurven nicht linear sind, ist die Skala bei Dampfdruck-Federthermometern nicht gleichmäßig unterteilt. Aufgrund der exponentiell ansteigenden Dampfdruckkurven, nehmen die Skalenabstände mit höherer Temperatur zu, sodass die Messempfindlichkeit bzw. die Messgenauigkeit hierdurch ansteigt. Dampfdruck-Federthermometer sollten für eine ausreichende Messgenauigkeit deshalb im oberen Drittel der Skala verwendet werden.

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Abbildung: Empfohlener Messbereich eines Dampfdruck-Federthermometer

Die untere Abbildung zeigt exemplarisch den Verlauf des Dampfdruckes in Abhängigkeit der Temperatur am Beispiel von Wasser.

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Abbildung: Dampfdruckkurve von Wasser

Dampfdruck-Federthermometer können bei sehr geringen Temperaturen verwendet werden, die nur wenige Kelvin über dem absoluten Nullpunkt liegen.