Energiemanagement bei Planung und Betrieb von Gebäuden

7.3 Temperaturmessung

7.1 Grundlagen der Messtechnik
7.2 Messung elektrischer Grössen
7.3 Temperaturmessung
7.4 Durchflussmessung
7.5 Wärme/Kälte
7.6 Druckmessung
7.7 Luftgeschwindigkeit
7.8 Luftfeuchtigkeit
7.9 Luftqualität
7.10 Lichttechnische Messungen
7.11 Füllstandsmessung
7.12 Luftdichtheit, Blower-Door-Test
7.13 Infrarot-Thermografie
 

Die Temperaturmessung kann je nach Messbereich und geplanter Anwendung auf verschiedene Arten erfolgen. Grob kann zwischen Anzeigeelementen, die eine Temperatur direkt anzeigen, und Sensoren, die eine Temperatur in ein elektrisches Signal umwandeln, unterschieden werden. Tab. 7 zeigt eine Übersicht verschiedener Thermometer und ihrer Messbereiche. Bis zum Feder-Thermometer handelt es sich um reine Anzeigeelemente, anschliessend sind Sensoren aufgeführt.

Messbereiche verschiedener Thermometer
Tab. 7: Messbereiche verschiedener Thermometer
vgl. Recknagel, H., Sprenger, E., Schramek, E. R. (2005), Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik, S. 281

7.3.1 Ausdehnungsthermometer

7.3.1 Ausdehnungsthermometer – 7.3.2 Elektrische Widerstandsthermometer – 7.3.3 Thermoelemente – 7.3.4 Strahlungsthermometer (Infrarot-Thermometer) – 7.3.5 Globe-Thermometer

Ausdehnungsthermometer beruhen auf der Ausdehnung fester, flüssiger oder gasförmiger Medien mit der Temperatur.

Das bekannteste Beispiel ist das Quecksilber-Glasthermometer, das (bei Verwendung von Quarzglas) einen Anwendungsbereich von –35 °C bis 800 °C hat. Weitere Beispiele von Ausdehnungsthermometer sind das Ausdehnungs-Fadenthermometer, das Dampfdruck-Thermometer, das Metall-Ausdehnungsthermometer, das Stabthermometer und das Bimetall-Thermometer [16].

7.3.2 Elektrische Widerstandsthermometer

7.3.1 Ausdehnungsthermometer – 7.3.2 Elektrische Widerstandsthermometer – 7.3.3 Thermoelemente – 7.3.4 Strahlungsthermometer (Infrarot-Thermometer) – 7.3.5 Globe-Thermometer

Bei reinen Metalldrähten steigt der Leitungswiderstand mit zunehmender Temperatur linear an. Diese Eigenschaft wird zur Temperaturmessung genutzt.

Die Bezeichnungen für die Messwiderstände bestehen aus dem verwendeten Metall und dem Nennwiderstand bei 0 °C. So ist einer der gebräuchlichsten Messwiderstände ein Platin-Messwiderstand mit einem Nennwiderstand von 100 Ω und er trägt die Bezeichnung Pt100.

Es gibt jedoch auch Widerstände, die mit steigender Temperatur besser leiten. Sie besitzen einen negativen Temperaturkoeffizienten und werden deshalb NTC-Widerstände, Heissleiter oder Thermistoren genannt. Die Widerstandsänderung ist wesentlich grösser als bei metallischen Widerständen, sodass sehr präzise Messungen möglich sind. Sie haben allerdings den Nachteil, dass sich der Widerstand nicht linear mit der Temperatur verändert, was die Auswertung komplizierter macht (Abb. 22) [17].

Modernes Temperatur- und Feuchtemessgerät mit NTC-Sensor
Abb. 22: Modernes Temperatur- und Feuchtemessgerät mit NTC-Sensor
Fluke Deutschland GmbH

7.3.3 Thermoelemente

7.3.1 Ausdehnungsthermometer – 7.3.2 Elektrische Widerstandsthermometer – 7.3.3 Thermoelemente – 7.3.4 Strahlungsthermometer (Infrarot-Thermometer) – 7.3.5 Globe-Thermometer

Wenn zwei Drähte aus verschiedenen Metallen an ihrer Berührungsstelle erwärmt werden und die anderen Enden kalt gehalten werden, entsteht eine elektrische Spannung, die sogenann-te Thermospannung. Sie steigt nahezu linear mit dem Temperaturunterschied zwischen den kalten Enden und der erwärmten Berührungsstelle und kann mit einem Voltmeter gemessen werden. Für den gewählten Messbereich muss ein passendes Thermoelement ausgewählt werden. Thermoelemente mit grossem Messbereich haben ein breites Anwendungsspektrum, Thermoelemente mit einem kleineren Messbereich haben dafür in der Regel eine höhere Genauigkeit [18].

7.3.4 Strahlungsthermometer (Infrarot-Thermometer)

7.3.1 Ausdehnungsthermometer – 7.3.2 Elektrische Widerstandsthermometer – 7.3.3 Thermoelemente – 7.3.4 Strahlungsthermometer (Infrarot-Thermometer) – 7.3.5 Globe-Thermometer

Mit einem Strahlungsthermometer kann die Strahlung, die von einer Oberfläche ausgeht, gemessen werden. Bei bekanntem Emissionsgrad der Oberfläche kann die Oberflächentemperatur berührungslos gemessen werden.

Nach gemessenem Wellenlängenbereich werden Gesamtstrahlungsthermometer, Bandstrahlungsthermometer und Spektralstrahlungsthermometer unterschieden (Abb. 23) [19].

Infrarot-Temperaturmessgerät
Abb. 23: Infrarot-Temperaturmessgerät
Fluke Deutschland GmbH

7.3.5 Globe-Thermometer

7.3.1 Ausdehnungsthermometer – 7.3.2 Elektrische Widerstandsthermometer – 7.3.3 Thermoelemente – 7.3.4 Strahlungsthermometer (Infrarot-Thermometer) – 7.3.5 Globe-Thermometer

Globe-Thermometer dienen zur Bestimmung einer operativen (empfundenen) Raumtemperatur. Sie bestehen aus einer mattschwarzen Hohlkugel, in deren Inneren die Temperatur gemessen wird. Die gemessene Temperatur liegt zwischen der Oberflächentemperatur der Kugel und der Lufttemperatur.

Globe-Thermometer werden beispielsweise zur Messung der Raumbezugstemperatur bei Leistungsmessungen an Kühldecken verwendet [20].