Der Schlüssel zur Stabilität von Thermometern: Kontrolliertes Altern und Tempern
Im dynamischen Feld der Temperaturmessung hat sich ein effektives Mittel zur Steigerung der Präzision und der Lebensdauer von Thermometern etabliert: die Stabilisierung von Thermometern durch kontrolliertes Altern bzw. Tempern. Im DAkkS Kalibrierlabor von Klasmeier kommen verschiedenste Temperaturfühler, darunter Normal-Thermometer, Referenz-Thermometer, SPRTs, HTPRTs, Pt100 und Pt25 zum Einsatz. Diese werden systematisch durch einen spezifischen Temperaturzyklus vollständig ausgealtert. Durchgeführt wir das in einem von ISOTECH speziell konzipierten Stabilisierungsofen.
Inhalt
Warum ist das Stabilisieren von Thermometern notwendig?
Die Verwendung von Platin-Widerstandsthermometern im Laboreinsatz offenbart eine gewisse Instabilität in den Messwiderständen über einen gewissen Zeitraum, ein Phänomen, das als „Thermometer-Drift“ bekannt ist. Die Gründe für diese Drift sind vielfältig und können beispielsweise mechanische Effekte wie Vibrationen während des Transports, mechanische Stöße oder den Einsatz von Umwälzbädern beinhalten. Verunreinigungen, Diffusion von Fremdstoffen und der Einsatz von Silikonöl als Kalibriermedium können ebenso dazu beitragen. Weitere Faktoren sind thermische Belastungen durch den langen Einsatz bei wechselnden und hohen Temperaturen und unsachgemäße Abkühlverfahren. Auch Oxidationseffekte am Messwiderstand bei längerem Einsatz zwischen 200 °C und 450 °C können zu Drift-Effekten führen.
Wie funktioniert das Stabilisieren?
Ein bewährter Ansatz zur Bekämpfung dieser Drift ist das kontrollierte thermische Behandeln der Thermometer, auch bekannt als Altern oder Tempern. Dieser Prozess kann in vielen Fällen die unerwünschten Veränderungen rückgängig machen und die Stabilität des Thermometers verbessern.
Ein Blick auf den typischen Verlauf einer Alterung am Wasser-Tripelpunkt eines PT25 Normalthermometers (SPRT) verdeutlicht die Effizienz dieses Verfahrens. Nach jedem Alterungszyklus sollte die Stabilität des Thermometers überprüft und dokumentiert werden, um einen reibungslosen Ablauf zu gewährleisten.
Wie wird die Stabilisierung der Thermometer durchgeführt?
Eine zentrale Herausforderung bei der Kalibrierung besteht darin, sicherzustellen, dass die kalibrierten Thermometer stets innerhalb ihrer Spezifikationen liegen. Dies wird durch die Stabilisierung erreicht.
Der speziell für diese Aufgabe entwickelte Stabilisierungsofen von ISOTECH heizt die Thermometer auf die Kalibriertemperatur, lässt sie dort altern und kühlt sie anschließend ab. Der Ofen kann Temperaturen von Raumtemperatur bis zu 1000°C abdecken, sodass alle Arten von SPRTs bis zum Silberfixpunkt (961,78 °C) altern können.
In eigener Sache
Ofen zum Stabilisieren von Thermometern
Der Stabilisierungsofen, entwickelt von der Firma ISOTECH, dient zur Vorbereitung von Normal-Thermometern (SPRTs) und ähnlichen Thermometertypen wie Pt100 und Pt25, Referenzthermometern usw.
Er wird für das Vorwärmen, Ausglühen und Abkühlen von Thermometern vor ihrer Kalibrierung verwendet. Mit einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 1000°C ist der Ofen in der Lage, eine Vielzahl von Thermometerkonstruktionen, einschließlich SPRTs, zu stabilisieren.
Es ist auch wichtig zu beachten, dass die Bedeutung der Alterung mit der Kalibriertemperatur zunimmt. Je höher die Einsatztemperatur der Temperaturfühler, desto poröser wird das Quarz, was zu einer schnellen Verunreinigung des SPRTs führen kann. Um diese Verschmutzungen bei hohen Temperaturen zu verhindern, werden die Temperaturfühler kontinuierlich mit vorgewärmter Luft umspült.
Wie werden Alterungsparameter und Luftumspülung eingestellt?
Die sorgfältige Einstellung der Alterungsparameter ist ebenso wichtig wie die Auswahl des richtigen Stabilisierungsofens. Der Stabilisierungsofen wird mithilfe der eXacal-Software so programmiert, dass das Aufheizen und Abkühlen auf die verschiedenen Alterungstemperaturen mit einer definierten Geschwindigkeit erfolgt. So wird verhindert, dass die Messwiderstände durch zu große Temperatursprünge übermäßig belastet oder beschädigt werden. Bei der Abkühlung von hohen Temperaturen wird eine Temperphase eingehalten, um den Messwiderstand zu schonen.
Die Alterungszyklen werden so lange wiederholt, bis der zu kalibrierende Temperaturfühler im Rahmen seiner Spezifikation stabil geworden ist. Der Fortschritt der Alterung wird am Wassertripelpunkt gemessen, ausgewertet und dokumentiert.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das kontrollierte Altern und Tempern von Thermometern eine essenzielle Methode zur Sicherstellung einer hohen Messpräzision und einer langen Lebensdauer der Instrumente darstellt. Es ermöglicht den Fachleuten in Kalibrierdiensten wie Klasmeier, konsequent hochwertige und genaue Messergebnisse zu liefern.
Quellen:
- Frank Bernhard: Handbuch der Technischen Temperaturmessung, 2. Auflage
- Thomas Klasmeier: Tabellenbuch „Temperatur“, Ausgabe 3
