Volume 84, Issue 12 - Fachtagung TEMPERATUR 2017 in Berlin (Teil 1) / Jörg Hollandt, Steffen Rudtsch, Thomas Fröhlich

Zusammenfassung Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit den Auswirkungen auf den Wärmeableitfehler eines Widerstandsthermometers beim Variieren der Eintauchtiefe in ein zu messendes Medium und der Füllhöhe einer Wärmeleitpaste im Schutzrohr. Dabei werden zudem unterschiedliche Bauformen von Widerstandsthermometern in Bezug auf ihren Wärmeableitfehler bei niedrigen Eintauchtiefen verglichen und Messergebnisse mit theoretischen Modellen sowie FEM-Simulation verglichen. Es zeigt sich, dass Füllhöhe und Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitpaste je nach Aufgabenstellung gewählt werden sollten. Gerade bei niedrigen Eintauchtiefen ist eine Anpassung der Füllhöhe an Sensorhöhe und Eintauchtiefe notwendig. Es kristallisiert sich zudem heraus, dass für eine genaue Vorhersage des Wärmeableitfehlers die FEM-Simulation der Modellrechnung überlegen ist. Auch wird die Bedeutung einer guten thermischen Kopplung des Sensors an das Medium und einer thermischen Entkopplung des Sensors von der anders temperierten Umgebung deutlich.

In the framework of a cooperation between the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) and the European Leading Association of Radiant Gas Heaters Manufacturers (ELVHIS e. V.), an integrating sphere based radiometer head with a cosine-behaviour responsivity was developed. This type of radiometer is applied for the metrological characterization of gas-fired infrared radiant heaters according to the standards DIN EN 416-2 and DIN EN 419-2. A systematic determination of the reflectance/emittance of differently surface texturized plane samples and a subsequent measurement of the angular resolved responsivity of a dedicated manufactured radiometer head prototype series enabled the development of an optimized manufacturing specification in terms of the surface texturizing/electroplating for the integrating sphere. Through comparison measurements employing a second prototype series, manufactured by the PTB and a selected industrial workshop, the manufacturing specification was successfully validated.

Zusammenfassung In diesem Beitrag werden der konstruktive Aufbau graphitbasierter Thermoelemente, die Ergebnisse von Messungen absoluter Seebeck-Koeffizienten der zum Bau der Thermoelemente verwendeten Graphitmaterialien bis ca. 550  ○ C und die Ergebnisse metrologischer Untersuchungen von graphitbasierten Thermoelementen bezüglich ihrer thermoelektrischen Stabilität bis 1950  ○ C beschrieben.

Zusammenfassung Für das Eisen-Nickel-Legierungssystem wird die Oberflächenspannung in Abhängigkeit der Temperatur in der flüssigen Phase untersucht. Hierfür kommt an der Technischen Universität Graz (TU Graz) die Methode des oszillierenden Tropfens (engl.: oscillating drop, OD) in Kombination mit einer elektromagnetischen Levitations-Apparatur zum Einsatz. Die elektromagnetische Levitation (EML) stellt eine elegante experimentelle Methode dar, um die Oberflächenspannung und Dichte von Reinmetallen und Legierungen zu untersuchen, da sie den Anforderungen einer kontaktfreien, behältnislosen Messmethode genügt. Mittels Hochgeschwindigkeitskameras und Software zur Kantenerkennung wird das Volumen sowie ein Frequenzspektrum der Oberflächenoszillationen der Probe ermittelt. Aus den Oszillationsfrequenzen kann schließlich die Oberflächenspannung berechnet werden. Essentiell für dieses Experiment ist die Temperaturmessung, die ebenfalls kontaktlos mittels Einwellenlängen-Pyrometer durchgeführt wird, wobei eine Kalibration des Emissionsgrades bei einer Referenztemperatur, z. B. am Schmelz- oder Erstarrungsplateau erfolgt. Zusätzlich wird seit kurzem ein Zweiwellenlängen-Pyrometer im Quotientenmodus genutzt, um die Resultate der Temperaturmessung zu überprüfen. Diese Arbeit enthält aktuelle experimentelle Messergebnisse mit einer Unsicherheitsangabe nach GUM. Die ermittelten Messdaten werden, sofern verfügbar, mit bereits existierenden experimentellen Daten aus der Literatur verglichen.

Zusammenfassung Saphir-Faser-Bragg-Gitter (SFBG) sind neuartige Temperatursensoren, die mittels fs-Laserpulsen in einkristallinen Saphirfasern erzeugt werden, wobei durch Wellenlängenmultiplexen mehrere Gitter in eine Faser geschrieben werden können. SFBG wurden von Raumtemperatur (RT) bis zu 1900 ℃ getestet. Die Temperaturabhängigkeit ist parabolisch und steigt von ca. 23 p.m./K bei RT auf 35 p.m./K bei 1500 ℃. Durch eine angepasste Auswertung des Reflexionsspektrums wird eine Faser-Bragg-Wellenlänge bestimmt, wobei relative Temperaturänderungen von ± 1 K nachgewiesen werden können. SFBG werden durch elektromagnetische Felder nicht beeinflusst. Sie können sowohl in oxidierender als auch in reduzierender Atmosphäre eingesetzt werden. Allerdings müssen Saphirfasern durch Schutzrohre gegen Kontamination geschützt werden. Sowohl der kurzzeitige Einsatz bei 1900 ℃ als auch ein Einsatz über vier Wochen bei 1400 ℃ führte zu keiner nachweisbaren Drift oder Alterung der SFBG. SFBG sind eine mögliche Alternative zu Thermoelementen oder Pyrometern.

Zusammenfassung Die Temperatur wird als Basisgröße für Wettervorhersage und Klimaforschung weltweit in einem Netzwerk von ca. 1000 Messstationen regelmäßig per Radiosondierung gemessen. Der große atmosphärische Messbereich und die wechselnden Umgebungsbedingungen während des Aufstiegs (Temperatur, Druck, Feuchte, Ventilation, Strahlung) stellen eine große Herausforderung an die Messtechnik dar. Es werden die wichtigsten Effekte bei der Messung des Temperaturprofils, wie systematische Auswirkungen auf das Temperaturprofil, beschrieben und die Unsicherheitsbeiträge der Messergebnisse, die sich nach den jeweiligen Korrekturen ergeben, diskutiert. Besonderes Augenmerk wird auf den Effekt durch die direkte und diffuse solare Einstrahlung gerichtet. Die dadurch bei Tagmessungen in den stratosphärischen Teilen der Radiosondenprofile verursachte systematische Erwärmung des Temperatursensors stellt dort die dominante Messabweichung dar. Sie kann je nach verwendetem Sensor bzw. Radiosondenmodell mehrere Kelvin betragen. Laborexperimente in einer evakuierbaren Kammer zur Simulation des Strahlungseffektes als Grundlage zur Erstellung einer Strahlungskorrektur ergaben maximale Werte im Bereich von 5 K. Die mit der Korrektur des Effektes verbundenen Unsicherheiten überschreiten derzeit noch die Anforderungen an stratosphärischer Temperaturmessungen von < 0, 2 K wie sie für klimatologische Untersuchungen erforderlich sind.