Thermometerflüssigkeit

Flüssigkeitsthermometer werden in der VDI/VDE-Richtlinie 3511 „Technische Temperaturmessungen“ unterschieden in Flüssigkeits-Glasthermometer und Flüssigkeits-Federthermometer. Ersteres nutzt als Messprinzip eine Volumenänderung als Maß für eine Temperaturänderung aus, das zweite eine Druckänderung als Maß für eine Temperaturänderung. Die Volumenänderung wird auf eine Längenänderung zurückgeführt, die in einem Glasgefäß unmittelbar sichtbar ist. Die Druckänderung erfordert ein elastisches Bauteil, dessen Verformung mittels eines Zeigers sichtbar gemacht wird. Hier wird nur ersteres weiter behandelt.

Flüssigkeits-Glasthermometer

Dieses besteht aus einem mit einer thermometrischen Flüssigkeit gefüllten gläsernen Vorratsgefäß und einem damit verbundenen durchsichtigen Kapillar-Röhrchen. Da sich Flüssigkeiten in der Regel beim Erwärmen stärker ausdehnen als Festkörper, nimmt der Pegel der Flüssigkeit im Röhrchen ein von der Temperatur abhängiges Niveau ein. Das Röhrchen wird mit einer Skale verbunden und erlaubt die unmittelbare Messwertablesung in einer Temperatur-Maßeinheit, vorzugsweise in Grad Celsius mit dem Einheitenzeichen °C. Über der Flüssigkeitssäule bzw. Kapillare befindet sich ein Ausdehnungsraum, damit das Thermometer bei Messbereichsüberschreitung nicht zerspringt.

Messbereiche können je nach Thermometerglas und je nach Flüssigkeit zwischen -200 und +1100 °C liegen. Mess- und Anzeigeteil bilden eine feste Einheit und liegen dicht beieinander. Zu Bauarten, Betriebsbedingungen, Fehlergrenzen und weiteren Einzelheiten wird auf die Normung z. B. in DIN 12770 und auf die VDI/VDE-Richtlinie 3511 verwiesen.

Thermometrische Flüssigkeit

Die thermometrische Flüssigkeit muss im gesamten Temperaturbereich, in dem das Thermometer eingesetzt werden soll, flüssig bleiben, also im Nennmessbereich weder zum Ausfrieren noch zum Sieden neigen. Ferner darf sie innerhalb dieses Bereichs keine Gebiete mit anomaler thermischer Ausdehnung besitzen. Aus diesem Grund ist Wasser als thermometrische Flüssigkeit - zumindest für Temperaturen unter 10 °C - ungeeignet. Außerdem darf die verwendete Flüssigkeit das Material des Röhrchens nicht angreifen. Sowohl benetzende (organische) als auch und nicht benetzende (metallische) thermometrische Flüssigkeiten sind im Einsatz. Sie sollen aus Sicherheitsgründen nicht selbstentzündlich sein, weshalb Legierungen aus Alkalimetallen nicht in Frage kommen. Da Thermometerröhrchen versiegelt sind, werden auch giftige Flüssigkeiten benutzt.

Die Eigenschaften einer thermometrischen Flüssigkeit werden von Quecksilber besonders gut erfüllt, weshalb bis in die 1970er Jahre hinein Quecksilber die am weitesten verwendete Flüssigkeit war. Da Quecksilber bei -38,9 °C gefriert und bei ca. +356 °C siedet, können Quecksilberthermometer in einem weiten Temperaturbereich verwendet werden. Quecksilberthermometer können auch als Kontaktthermometer ausgeführt sein und so als schaltende Regler verwendet werden.

Folgende thermometrische Flüssigkeiten werden oft verwendet:

Substanz	Einsatzbereich	Eigenschaften
Quecksilber	von –30 °C bis +350 °C	nahezu temperaturunabhängiger Wärmedehnungskoeffizient, giftig
Toluol	von –80 °C bis +100 °C	gesundheitsschädlich, leichtentzündlich
Pentan	von −200 bis +30 °C	für Tieftemperaturthermometer
Alkohol	von −110 °C bis +210 °C	keine Ferntemperaturmessung möglich
Galinstan	von –10 °C bis über 1000 °C	ungiftige Galliumlegierung, benetzt das Thermometerröhrchen stark