Flüssigkeitsthermometer

Quecksilberthermometer mit Schleppzeiger und Magnet zur Rücksetzung

Flüssigkeitsthermometer werden in Deutschland in der VDI / VDE-Richtlinie 3511 „Technische Temperaturmessungen“ unterschieden in Flüssigkeits-Glasthermometer und Flüssigkeits-Federthermometer. Ersteres nutzt als Messprinzip eine Volumenänderung, letzteres eine Druckänderung als Maß für eine Temperaturänderung. Die Volumenänderung der Flüssigkeit wird auf eine Längenänderung zurückgeführt, die in einem dünnen Glasgefäß unmittelbar sichtbar ist. Die Druckänderung erfordert ein elastisches Bauteil, dessen Verformung mittels eines Zeigers sichtbar gemacht wird. Im Folgenden wird das Flüssigkeits-Federthermometer nicht 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 Skala verbunden und erlaubt die unmittelbare Messwertablesung in einer Temperatur-Maßeinheit, in den meisten Ländern vorzugsweise in Grad Celsius mit dem Einheitenzeichen °C, in den USA und einigen weiteren englischsprachigen Ländern in Grad Fahrenheit mit dem Einheitszeichen °F. Über der Flüssigkeitssäule bzw. Kapillare befindet sich ein Ausdehnungsraum, damit das Thermometer bei Messbereichsüberschreitung nicht zerstört wird.

Messbereiche können – je nach Thermometerglas und Flüssigkeit – zwischen -200 und +1100 °C liegen. Mess- und Anzeigeteil bilden eine feste Einheit und liegen dicht beieinander.

In Deutschland wird zu Bauarten, Betriebsbedingungen, Fehlergrenzen und weiteren Einzelheiten 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, darf also im Nennmessbereich weder zum Gefrieren 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 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 in Deutschland 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 °C bis +30 °C	für Tieftemperaturthermometer
Alkohol	von −110 °C bis +60 °C	keine Ferntemperaturmessung möglich
Galinstan	von –10 °C bis über 1000 °C	ungiftige Galliumlegierung, benetzt das Thermometerröhrchen stark