Wie funktionieren eigentlich Temperaturmessungen?

Temperatur ist eine thermodynamische Größe, die den Zustand eines Körpers beschreibt. Zur Messung kann ein zwei­ter Körper in Kontakt mit dem ersten gebracht werden. Hierdurch gleicht sich die Temperatur in beiden Körpern nach einer bestimmten Zeit an.

Thermodynamisch kann der Tempe­ra­turunterschied zwischen zwei Kör­pern immer bestimmt werden. Hieraus wurde die Temperaturskala entwickelt, die sich auf den absoluten Null­punkt bezieht. Im SI-System ist dies die Kelvin-Skala. Fixpunkte dieser Skala sind sogenannte Trippelpunkte. An diesen Punkten liegt eine atomare Spezies, bzw. eine Verbindung wie Wasser (H₂O) gleichzeitig in allen drei Aggregatszuständen, sprich fest, flüssig und gasförmig vor. Dies ist bei Wasser bei 273,16 K der Fall. Dieser Punkt ist genau einem Druck und einer Temperatur zugeordnet. Die Siedetemperatur von Wasser variiert je nach Druck und ist somit nicht eindeutig festgelegt.

Thermometer sind Messgeräte, deren messbare Datenausgabe sich mit der Temperatur in einer reproduzierbaren Art und Weise ändert. Generell wird zwischen primären und sekundären Thermometern unterschieden. Ein primäres Thermometer zeichnet sich dadurch aus, dass seine Abhängigkeit von der Temperatur ohne unbekannte und temperaturabhängige Größen beschrieben werden kann. Wie zum Beispiel bei Gasthermometern, akustischen Thermometern, Lärmthermometern und Gesamtstrahlungspyrometern. Ein sekundäres Thermometer gibt einen Wert aus, der mit Hilfe von festen Tempe­raturpunkten kalibriert werden muss. Das Platin-RTD (Resistance Temperature Detector) ist ein Beispiel für ein sekundäres Thermometer und basiert auf der Änderung des elektrischen Widerstandes eines Platindrahtes in Abhängigkeit zur Temperatur.

Da primäre Thermometer groß, langsam und teuer sind, werden in der Praxis fast ausschließlich sekundäre Thermometer verwendet. Hierbei werden die sekundären Thermometer mit Hilfe von internationalen Standards und festen Temperaturpunkten kalibriert. Verantwortlich für das Defi­nieren der Temperaturskala sind Re­gie­­rungs­behörden wie NIST, NPL und die PTB.

Bei Temperatursensoren mit extrem reproduzierbaren Herstellungsprozessen werden Toleranzkurven erstellt, die angeben, wie nah die erhaltene Tem­peraturkurve dem Kalibrier­stan­dard ist. Beispiele hierfür sind Si-Dio­den und Platin-Thermometer, bei denen es möglich ist, einzelne Sensoren der gleichen Bauart auszutauschen und dennoch eine genaue Messung der Temperatur zu erzielen. 

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