Das Messprinzip der Widerstandsthermometer beruht auf der elektrischen Widerstandsmessung von sogenannten Messwiderständen. Grundlage dafür ist das Ohmsche Gesetz:
Im Physikunterricht an den Schulen wird das Ohmsche Gesetz auch gerne als Dreieck dargestellt:
Das „VOLT-Männchen“ (U – Spannung) drückt das „AMP-Männchen“ (I – Strom) durch ein Rohr. Das „OHM-Männchen“ (R – Widerstand) versucht das zu verhindern, indem es das Rohr immer enger macht. Der Erfolg des „OHM-Männchens“ ist auch Temperaturabhängig. Je wärmer es ist, desto schwerer wird es für das „VOLT-Männchen“ des „AMP-Männchen“ zu bewegen. Da der temperaturabhängige Erfolg des „OHM-Männchens“ reproduzierbar ist, kann das Prinzip der elektrischen Widerstandsmessung zur Temperaturmessung verwendet werden. Dabei wird ein gemessener Widerstand R in Ohm über einen bekannten Zusammenhang in eine Temperatur T in °C oder K umgerechnet.
Jeder elektrische Leiter, auf den sich das Ohmsche Gesetzt anwenden lässt, kann prinzipiell als Thermometer verwendet werden. Die physikalische Konstante, die diese Eigenschaft beschreibt, ist der sogenannte spezifische Widerstand. Eine Übersicht aus Wikipedia[2] zweigt die verschiedenen spezifischen Widerstände von Materialien bei 20 °C.
Grundsätzlich können alle genannten Materialien verwendet werden, um Rückschlüsse auf die Temperatur zu ziehen. Dabei gibt es aber natürlich verschiedene Auswahlkriterien, nach denen Materialien für Thermometer ausgewählt werden. Zunächst einmal sollte das Material, aus dem ein Thermometer gebaut werden soll, einen möglichst hohen spezifischen Widerstand besitzen und es muß grundsätzlich geeignet sein.
Beispielsweise besitzt menschliches Blut mit 1,6 x 106 Ohm x mm2/m einen hervorragenden spezifischen Widerstand, aber eignet sich natürlich nicht um im industriellen Maßstab Thermometer zu bauen. Metalle eignen sich für diesen Zweck deutlich besser.
Neben dem spezifischen Widerstand gibt es noch eine Konstante, die für die Materialien, aus denen Thermometer gebaut werden sollen, von Bedeutung ist. Der Lineare Widerstands-Temperaturkoeffizient beschreibt die Änderung des Widerstandes eines Materiales pro °C. Er wird angebenden mit 1/K und kann auch als Empfindlichkeit bezeichnet werden. Um die Anforderungen an die Messtechnik möglichst gering zu halten, sollte diese Konstante ebenfalls möglichst groß sein.
Die Aufgabe besteht also darin, den besten Kompromiss zwischen den Kosten, der grundsätzlichen Eignung des Material sowie dem spezifischen Widerstand und dem Widerstands-Temperaturkoeffizient zu finden.
Nickel und Platin sind zwei Metalle, sie sich als geeignet herausgestellt haben. Zu Beginn der Entwicklung von elektrischen Widerstandsthermometern galten Nickel-Messwiderstände, wie z.B. Ni 100, lange als Favorit, da Sie eine höhere Empfindlichkeit als Platin-Messwiderstände besitzen. Als Nachteil haben sich aber eine höhere Grenzabweichungen und ein beschränkter Temperaturbereich gezeigt. Die Norm[3] für Nickel-Thermometer wurde in den 90er Jahren zurückgezogen. Seit dem werden Nickel-Messwiderstände in erster Linien nur noch in technischen Sonderanwendungen eingesetzt.
Quellen:
