Warum wird geeicht?

Die Eichung von Messgeräten dient seit langer Zeit dem Schutz des Verbrauchers, insbesondere dort, wo dieser eine messbare Leistung bezieht. Solche Leistungen sind beispielsweise das Gewicht von Lebensmitteln, das Volumen von Wasser und Benzin oder messbare Energiemengen wie beim Bezug von Gas, Elektrizität oder thermischer Energie (Wärme). Geeicht werden also alle gewerblich genutzten Messgeräte wie Waagen, Wasser- und Gasuhren und Stromzähler.1921 trat das "Gesetz über Prüfung und Beglaubigung von Fieberthermometern" in Kraft. In der Folgezeit bis 1939 wurden ca. 92,5 Millionen Fieberthermometer in der Ilmenauer Eichbehörde geprüft, die zu 90 % für den Export bestimmt waren. Das Eichen von Fieberthermometern ist heute nicht mehr vorgeschrieben. Von der immer geringer werdenden Zahl der Flüssigkeits-Glas-Thermometer werden in der Eichbehörde Ilmenau lediglich noch Thermometer für die Anwendung in Apotheken geeicht.

Was ist Eichen?

Die Eichung besteht aus der eichtechnischen Prüfung und der Stempelung eines eichfähigen Messgerätes durch die zuständige Behörde. Bei der eichtechnischen Prüfung wird geprüft, ob die Bauvorschriften für das Messgerät eingehalten werden und ob es vorgegebene Messwerte innerhalb der Eichfehlergrenze richtig anzeigt.

Quelle: Mitglieder des Fördervereins "Thermometermuseum Geraberg" e.V. und Frau Lamprecht, Zentrum für Thüringer Landeskultur e.V

In manchem Produktionsprozess war es zwar unerlässlich, eine Temperaturstelle zu überwachen, jedoch konnte mitunter (z. B. bei zu hoher Umgebungstemperatur oder auf Grund anderer Gefährdungen) nicht in unmittelbarer Nähe des Fühlers abgelesen werden. Es entstand die Notwendigkeit der Fernübertragung des Messwertes. Die Federthermometer wurden um 1880 speziell für diesen Fall entwickelt und waren die ersten Temperaturfühler, die dies ermöglichten.

Es sind Federthermometer mit Flüssigkeitsfüllung (z. B. Quecksilber) oder mit einer Füllung bestehend aus einem Flüssigkeits-Dampf-Gemisch zu unterscheiden. Während bei den Erstgenannten die Ausdehnung der Flüssigkeit über eine Kapillarleitung direkt auf die Anzeige übertragen wird, erfolgt im zweiten Fall die Anzeige der temperaturabhängigen Dampfdruckänderung im System.

Quelle: Mitglieder des Fördervereins "Thermometermuseum Geraberg" e.V. und Frau Lamprecht, Zentrum für Thüringer Landeskultur e.V

Zunächst erschien es nicht möglich, die Thermometerherstellung zu mechanisieren. Zu klein waren die Stückzahlen für gleichartige Glasinstrumente, zu vielschichtig und speziell die Arbeitsschritte. Lediglich die Fieberthermometer, die ab Ende des 19. Jahrhunderts zur Massenware wurden, ermöglichten mit ihren nun großen Stückzahlen eine Systematisierung der Arbeitsschritte und später deren maschinelle Umsetzung.

Während sich die Struktur der Fieberthermometerfertigung mit der Gründung von Fabriken und Vertriebsfirmen bereits um die Jahrhundertwende an die neuen, von zunehmender Massenproduktion geprägten Bedingungen anpasste, blieb die technische Herstellung weiterhin über lange Zeit unverändert. Erst in den 40er Jahren des 20. Jahrhunderts wurden in der Sowjetunion und in den 50er Jahren im neu gegründeten Thermometerwerk Geraberg Maschinen für einzelne Arbeitsschritte der Thermometerfertigung entwickelt.

bis 40er Jahre des 20. Jh.

Bis zu dieser Zeit war die Herstellung von Fieberthermometern auf manueller Basis nahezu unverändert geblieben. Lediglich das Einfüllen des Quecksilbers durch Vakuumanlagen und das Ausstechen der Kapillaren etwa zu gleichen Zeit durch Mikrobrenner hatte bisher zur Arbeitserleichterung beigetragen.Vorwiegend weibliche Arbeitskräfte wurden in der manuellen Produktion für Teilarbeiten wie Zuschneiden der Röhren, Spitzen ziehen oder Zahlen stempeln ausgebildet. Damit war der erste Schritt zur Arbeitsteilung getan.

1955-58

Erste mechanische Geräte wurden als Rationalisierungsmaßnahme entwickelt (z. B. geregeltes Justiergerät, mechanische Teilmaschinen)

1958-63

Maschinen zur Glasverformung standen im Mittelpunkt der Mechanisierung dieser Zeit. Als Nachentwicklungen in Folge des Erfahrungsaustausches mit dem Thermometerwerk in Klin (nahe Moskau) entstanden sie im firmeneigenen Betriebsmittelbau. Diese speziellen Maschinen dienten dem Spitzenziehen, Halsziehen und zur Kapillarenbearbeitung.

1964-68

Zum Bedrucken der Skalen kam das Siebdruckverfahren zur Anwendung. Damit entfiel das zeitaufwändige Zahlenstempeln und die Lohnkosten in der Skalenproduktion sanken um 80 %.

1974-76

Spezialmaschinen wurden vom Thermometerwerk Klin gebaut und an das Thermometerwerk Geraberg geliefert. Etwa zur gleichen Zeit baute der werkseigene Betriebsmittelbau verfügbare Waschmaschinen zu Justierthermostaten um und führte sie in die Fertigung ein.

Mitte bis Ende der 80er Jahre

Da Spezialmaschinen für kompliziertere Arbeitsgänge auf dem Weltmarkt nicht erhältlich waren, wurden sie vom Betriebsmittelbau selbst (z. T. in Zusammenarbeit mit der Technischen Hochschule Ilmenau) entwickelt und realisiert, so z. B. der Zuschmelzautomat, Geräte zum Ansetzen der Kapillaren und eine automatische Justier- und Sortieranlage.

ab 90er Jahre

Nach wie vor sind die speziellen Anforderungen in der Glasthermometerfertigung nicht durch den Kauf fertiger Maschinen zu erfüllen. Deshalb werden weiterhin angepasste Maschinen und Geräte in den Nachfolgebetrieben des Thermometerwerkes Geraberg entwickelt und in die Produktion eingeführt. Manuell beschickte Halbautomaten werden zu Vollautomaten weiterentwickelt.

Quelle: Helmut Hoffmann

Das Gasthermometer nutzt die Eigenschaft eines idealen Gases aus, bei festem Volumen den Druck proportional zur Temperatur bzw. bei konstantem Druck das Volumen proportional zur Temperatur zu ändern. Es besteht ein linearen Zusammenhang zwischen Druck und Temperatur. Kennt man für eine bestimmte Temperatur T0(Fixpunkt) den Druck p0, so kann man für jede andere Temperatur T bestimmen, indem man den zugehörigen Druck p misst.

Ein so funktionierendes Thermometer besitzt gegenüber Flüssigkeitsthermometern den prinzipiellen Vorteil, dass es nicht von speziellen Stoffeigenschaften abhängig ist und dass damit unmittelbar die thermodynamische Temperaturskala realisiert wird.

Dieses Thermometer findet Anwendung bei der Messung tiefer Temperaturen, sowie in Eichämtern, wo präzise Instrumente zu Eichzwecken verwendet werden.

Mit der zunehmenden Nutzung der Elektroenergie im Produktionsprozess kam eine neue Funktion für die Thermometer ins Spiel: das Schalten von Stromkreisen in Abhängigkeit von der Temperatur. Schaltbare Thermometer wurden für Temperaturregelungen ebenso benötigt wie für Sicherheitssysteme (z. B. Überhitzungsschutz) oder die Regelung von Produktionsprozessen. Dazu dienten in vielen Fällen die Kontaktthermometer, die ebenfalls auf dem Prinzip der herkömmlichen Flüssigkeits-Glasthermometer basieren.

Kontaktthermometer sind Quecksilber-Glasthermometer mit integriertem Schaltkontakt, der fest oder variabel sein kann, und dienen nicht in erster Linie zur Temperaturmessung, sondern als temperaturabhängige Schalter. Bei der Integration von zwei Schaltkontakten besteht die Möglichkeit der Temperaturregelung zwischen den beiden eingestellten Temperaturen.

Quelle: Mitglieder des Fördervereins "Thermometermuseum Geraberg" e.V. und Frau Lamprecht, Zentrum für Thüringer Landeskultur e.V.

Das Luftthermoskop stellt den Vorläufer eines Thermometers dar. Es war vermutlich das erste Instrument zur Darstellung von Temperaturveränderungen. Seine Erfindung wird im Allgemeinen mit Galileo Galilei in Zusammenhang gebracht. Weitere Naturwissenschaftler beschrieben sehr zeitnah ähnliche Instrumente, so der Holländer Cornelius Drebbel (1572 - 1634), der Engländer Robert Fludd (1574 - 1637) und der Italiener Santorio (1561 - 1636).

Das Luftthermoskop diente zunächst der Darstellung und der Beobachtung, d. h. der qualitativen Einschätzung von Wärmezuständen. Eine Messung - also die quantitative Bestimmung von Temperatur - war mit dieser Vorrichtung jedoch nicht möglich.

Die Funktionsweise ist leicht nachzuvollziehen: Erwärmt man die kugelförmige Erweiterung mit den Händen, so erhöht sich die Temperatur der darin befindlichen Luft. Sie dehnt sich aus und senkt das Niveau des Wasserspiegels in der Röhre. Der Nachteil der Anordnung besteht in der direkten Verbindung zur Außenluft, was eine Abhängigkeit vom Luftdruck der Umgebung zur Folge hat.

Mit der Industrialisierung und dem zunehmenden Einfluss der Elektrizität auf die Produktionsprozesse ab ca. 1880 ergaben sich neue Anforderungen an die Temperaturmesstechnik. So erhöhte sich in vielen Fällen die mechanische Beanspruchung der Thermometer, denen die herkömmlichen Flüssigkeits-Glasthermometer wegen ihrer Bruchempfindlichkeit oft nicht gewachsen waren. Dem wurde Rechnung getragen, indem man die Thermometer in ein Gitter oder ein Schutzgehäuse einpasste, das mechanische Belastungen erlaubte und die Ablesung dennoch jederzeit zuließ. Diese Art der Thermometer wird als Maschinenthermometer bezeichnet. Die Funktionsweise und die grundlegende Herstellungstechnologie sind jedoch gegenüber den bis dahin üblichen Thermometern unverändert.

Bei Maschinenthermometern handelt es sich um Flüssigkeitsglasthermometer der herkömmlichen Art, die den komplizierten Umgebungsbedingungen angepasst wurden.

Quelle: Mitglieder des Fördervereins "Thermometermuseum Geraberg" e.V. und Frau Lamprecht, Zentrum für Thüringer Landeskultur e.V.

Für den Einsatz bei hohen Temperaturen waren die Glasthermometer nicht geeignet. Da aber ein großer Bedarf an Messungen in diesen Bereichen innerhalb der wachsenden Branche der Glas-, Keramik- und Stahlindustrie entstand, musste hier nach neuen Lösungen gesucht werden. Die Metallausdehnungsthermometer erfüllten bei der Auswahl geeigneter Metallkombinationen die neuen Anforderungen. Wenig später mussten sie in vielen Fällen aus Gründen der Messgenauigkeit den Thermoelementen weichen, die Ende des 19. Jh. speziell für die Hochtemperaturmessung entwickelt worden sind.

In Metallausdehnungsthermometer wird das unterschiedliche Ausdehnungsverhalten von verschiedenen Metallen ausgenutzt. Zwei Metallkörper werden an einer Seite fest verbunden und die Differenz der Ausdehnung dient als Maß für die Temperaturänderung. Die Längen- bzw. Winkeländerung wird mittels eines mechanischen Getriebes vergrößert und auf ein Anzeigegerät übertragen. Eine weitere Anwendung besteht in der Nutzung der entstehenden Verstellkraft zum Schalten von Kontakten. Je nach eingesetzten Metallen sind diese Thermometer für unterschiedliche Temperaturbereiche einsetzbar: Al bis 300°C, Ni bis 600°C, Chromnickel bis 1000°C. Zu unterscheiden sind die beiden Grundformen des Stab-Ausdehnungsthermometers (Stab - Rohr - Kombination) und des Bimetallthermometers (zwei fest verbundene Metallschichten, das unterschiedliche Ausdehnungsverhalten führt zu Verbiegung des Metallstreifens).

Quelle: Mitglieder des Fördervereins "Thermometermuseum Geraberg" e.V. und Frau Lamprecht, Zentrum für Thüringer Landeskultur e.V.

Thomas Johann Seebeck entdeckte das Phänomen der Thermoelektrizität. Der nach ihm benannte Effekt besteht darin, dass in einem Stromkreis, der aus zwei elektrischen Leitern verschiedener Metalle besteht, dann ein elektrischer Strom fließt, wenn die beiden Verbindungsstellen (Lötstellen) jeweils einer anderen Temperatur ausgesetzt sind. 

Quelle: Mitglieder des Fördervereins "Thermometermuseum Geraberg" e.V. und Frau Lamprecht, Zentrum für Thüringer Landeskultur e.V.

Wir können durch unsere Sinnesorgane Wärme und Kälte empfinden und verbinden diese Wahrnehmungen mit dem Begriff der Temperatur. Wir können die unterschiedlichen Körpertemperaturen vergleichen, und somit sagen welcher der Wärmere ist. Dieser Vergleich ist nur innerhalb bestimmter Grenzen möglich. Bei größeren Temperaturdifferenzen zur Zimmertemperatur gelingt diese Entscheidung nicht mehr. So führt die Berührung der Haut mit flüssigem Stickstoff (T = -196°C) zum gleichen Wärmeempfinden wie eine Berührung mit siedendem Wasser (T = 100°C). Aus diesem Grund sind die menschlichen Sinnesorgane für die Bestimmung der absoluten Temperatur völlig ungeeignet.

Sie können sich sehr leicht davon überzeugen.

Nehmen sie drei Schüsseln und füllen diese Schüsseln, eine mit kaltem, eine mit warmen und die letzte mit lauwarmen Wasser. Tauchen Sie eine Hand in die Schüssel mit kaltem Wasser und die andere gleichzeitig in die Schüssel mit warmen Wasser. Nach einer gewissen Zeit tauchen sie beide Hände in die Schüssel mit lauwarmen Wasser.Sie werden feststellen, dass die Hand, die im kalten Wasser gewesen ist, das lauwarme Wasser als warm empfindet. Die andere Hand, welche im warmen Wasser war, wird jetzt das lauwarme Wasser als kalt verspüren.Diese Erfahrung zeigt, dass Körper unterschiedlicher Temperatur, die in ihrer Gesamtheit von den äußeren Einflüssen völlig isoliert sind (abgeschlossenes System) und somit nur untereinander in Wechselwirkung treten können, nach hinreichend langer Zeit ihre Temperaturunterschiede ausgleichen. Dies ist das thermodynamische Gleichgewicht. Auf den Vergleich zweier abgeschlossener Systeme die sich im thermodynamischen Gleichgewicht befinden beruht jede Temperaturmessung.

Das zu messende System (z.B. Temperatur im Kühlschrank) wird mit einem Vergleichssystem (Thermometer) in thermische Wechselwirkung gebracht. Man wartet einige Zeit, bis sich dass thermodynamische Gleichgewicht eingestellt hat. Die Temperatur auf dem Thermometer entspricht dann der Temperatur des auszumessenden Systems (Kühlschrank).

Seit Eisen geschmiedet wird, ist für den Schmied die Farbe des glühenden Eisens ein Maß für dessen Bearbeitbarkeit, die in direktem Zusammenhang zur Temperatur steht. Erfahrene Stahlwerker und Schmiede können deshalb aufgrund der Helligkeit und Farbe von glühendem Metall oder Metallschmelzen erstaunlich zutreffende Temperaturschätzungen abgeben. Die Ausnutzung dieses Zusammenhangs zwischen der Strahlung eines Körpers und seiner Temperatur führte nach seiner wissenschaftlichen Erforschung vor allem durch Max Planck, Wilhelm Wien und Ludwig Boltzmann zur pyrometrischen Messung.Das erste brauchbare Strahlungsthermometer (Spektralpyrometer) stellte Henri Luis Le Chatelier im Jahre 1892 her. Entwickelt hat er es vor allem zur Messung sehr hoher Temperaturen (weit über 1000°C), bei denen andere Messverfahren weitgehend versagen. Andererseits war es zu dieser Zeit auch noch nicht möglich, im nicht sichtbaren Bereich der Strahlung zu messen.

Messprinzip

Das Prinzip des Strahlungsthermometers beruht auf der berührungslosen Erfassung der von einem Körper abgegebenen Thermostrahlung. Diese steht in einem direkten Zusammenhang zur Temperatur des Körpers. Allerdings wird dabei der Idealfall vorausgesetzt, dass der betrachtete Körper alle auf ihn treffende Strahlung absorbiert und als Strahlungsenergie wieder abgibt.In der Realität hängt die Menge der von einem Körper abgegebenen Strahlung sowohl von seiner Temperatur als auch von seinen Material- und Oberflächeneigenschaften ab. Bei Messungen müssen seine Emissionseigenschaften bekannt sein und in die Auswertung des Messergebnisses einbezogen werden. Die Bestimmung des Emissionsgrades ist für reale Körper jedoch schwierig. Für viele Messanwendungen sind deshalb in Tabellen zusammengefasste Werte verfügbar. Am Strahlungsthermometer vor der Messung eingestellt, werden diese so bei der Messung berücksichtigt.

Bauarten

Aus dem äußeren Erscheinungsbild eines Spektralthermometers kann nicht geschlossen werden, um welche Kategorie dieser Messgerätegruppe es sich im Einzelnen handelt. Der Unterschied besteht jeweils in den speziell eingesetzten optischen Linsen und Filter, die den auszuwertenden Strahlungsbereiches bestimmen.

Teilstrahlungsthermometer

Unter dem Begriff Teilstrahlungsthermometer sind Spektralthermometer und Bandstrahlungsthermometer zusammengefasst.Spektralthermometer konzentrieren sich auf eine Wellenlänge im Strahlungsspektrum ("ein-farbige" Strahlung). Bandstrahlungsthermometer werten einen kleinen Ausschnitt aus dem Spektralbereich aus. Verschiedene Verfahren dieses Messprinzips sind seit ca. 1900 bekannt.

Gesamtstrahlungsthermometer

Im Gesamtstrahlungsthermometer wird die Summe der abgegebenen Strahlungsenergie über den gesamten Spektralbereich (alle Wellenlängen) ausgewertet. Dies hat zwar den Vorteil eines weiten Messbereiches, geht aber mit dem Nachteil von großer Messungenauigkeit einher. Das erste gebrauchsfähige Muster eines Gesamtstrahlungsthermometers wurde 1902 durch Charles Fery in Frankreich vorgestellt.

Quelle: Mitglieder des Fördervereins "Thermometermuseum Geraberg" e.V. und Frau Lamprecht, Zentrum für Thüringer Landeskultur e.V.