Minimum-Maximum-Thermometer
Ein Minimum-Maximum-Thermometer (auch Maximum-Minimum-, Minima-Maxima- oder Maxima-Minima-Thermometer) dient dazu, die in einem frei wählbaren Zeitraum auftretenden minimalen und maximalen Temperaturen zu erfassen und gleichzeitig die aktuelle Temperatur anzuzeigen.
2: Ausschnittvergrößerung des Anzeigerstiftes (Glaspilz, blau)
3: Magnet, um die Temperaturen zurückzusetzen
Übliche Bauarten werden als Flüssigkeitsthermometer nach Six oder als Bimetallthermometer mit Schleppzeigern gebaut. Diese Bauarten sind rein passiv, sie benötigen keine Energiequelle. Eine andere Bauart stellen elektronische Thermometer mit Speichern für die Extremwerte dar. Außerdem werden für spezielle Anwendungen Minimumthermometer und Maximumthermometer eingesetzt, die nur jeweils eine Funktion eines Minimum-Maximum-Thermometers erfüllen.
Flüssigkeitsthermometer
Die Erfindung dieses Thermometers wird je nach Quelle dem Briten James Six[1] (1731–1793) zugeschrieben und auf das Jahr 1782 datiert oder es soll Angelo Bellani[2] (1776–1852) erfunden haben.
Aufbau
Das Thermometer dieser Bauart besteht aus einem langen U-förmig gebogenen Glasröhrchen, in dem sich ein Medium mit hohem Ausdehnungskoeffizient als Messflüssigkeit, vorwiegend Ethanol befindet, sowie Quecksilber oder (bei neueren Thermometern) ein ungefährlicherer Ersatzstoff. Die Messflüssigkeit ist bei manchen Thermometern eingefärbt.
Das Quecksilber hat lediglich die Aufgabe, die Temperatur auf der Skala zu markieren, während das Ethanol die eigentliche Messflüssigkeit ist, die das Quecksilber bewegt und auf Temperaturänderungen reagiert.
Das Quecksilber bildet einen Faden im unteren Teil des U und wird vom Ethanol bei Temperaturänderungen von einem Schenkel zum anderen verschoben, so dass es in einem Schenkel steigt und im anderen fällt. Bei korrekter Kalibrierung des Thermometers stehen die Enden des Quecksilberfadens so, dass auf beiden Skalen stets die gleiche Temperatur angezeigt wird. Die Skalen sind umgekehrt angeordnet, so dass eine fallend und ein steigend beschriftet ist. Die Enden des Quecksilberfadens schieben farbige Schwimmkörper (Schleppstifte) vor sich her. Die Stifte (2) sind magnetisch, um sie später manuell zurückstellen zu können.
Anwendung
Zum Start einer Beobachtung werden die Schleppstifte so bewegt, dass sie in Kontakt mit dem Quecksilberfaden haben. Konstruktionsbedingt kann später ...
- das Maximum nie niedriger sein, als die Starttemperatur und
- das Minimum nie höher als die Starttemperatur.
Die Schleppstifte sind so konstruiert, dass sie von der Messflüssigkeit umströmt, aber vom Quecksilber getrieben werden. Bei Temperaturänderung passiert Folgendes:
- Steigt die Temperatur an, dehnt sich die Messflüssigkeit aus und der Schleppstift zur Maximum-Anzeige wird vom Quecksilberfaden verschoben, während der für die Mimimum-Temperatur an seiner Position verbleibt.
- Fällt die Temperatur, verschiebt sich der Schleppstift für die Mimimum-Temperatur, während der Stift für die Maximum-Temperatur an seiner Position verbleibt
Bei Temperaturen zwischen diesen beiden Extremwerten berührt das Quecksilber die Schleppstifte nicht mehr. Die maximale und die minimale Temperatur des Beobachtungszeitraumes wird durch die Unterkanten der Schleppstifte angezeigt. Die aktuelle Temperatur kann bei den Enden des Quecksilberfadens auf den Skalen abgelesen werden.
Um die Schleppstifte zurückzustellen, haben sich zwei Bauformen etabliert:
- Im oberen Bild wird ein Magnet mit ringförmigem Griff (3) über den Schleppstift (Glaspilz, 2) in Richtung des Quecksilberfadens gezogen, um jeden Schleppstift individuell auf die aktuelle Umgebungstemperatur zurückzusetzen.
- Notfalls kann das Thermometer auch durch ausschütteln (wie beim klassischen Fieberthermometer) zurückgestellt werden.
- Im unteren Bild befindet sich in der Rückwand eine federnde Platte, auf der zwei magnetische Streifen aufgeklebt sind. Diese Streifen halten die Schleppstifte fest und liegen im Normalzustand hinter dem U-Rohr. Zum Zurückstellen des Thermometers wird diese Platte kurz nach hinten gedrückt, so dass die Schwerkraft die magnetische Anziehung überwiegt und die Schleppstifte sich unter ihrem Eigengewicht nach unten bewegen.
Wegen der Art der Rückstellung eignet sich diese Art von Minimum-Maximum-Thermometern nur für erschütterungsfreie Standorte.
Funktion der einzelnen Komponenten
Die Bilder zeigen zwei im Wesentlichen ähnliche Minimum-Maximum-Thermometer herkömmlicher Bauart. Besonderes Kennzeichen dieser Bauart ist die U-förmige Kapillare (U-Rohr) auf einem Träger aus Kunststoff, auf dem die Skalen aufgedruckt sind. Das U-Rohr wird beim Zusammenbau mit Kleber justiert und das Thermometer so kalibriert.
Im Wesentlichen besteht das Thermometer aus folgenden Komponenten:
- Ein Ausdehnungsgefäß (B) für die Messflüssigkeit, welches im Bild klar erscheint, aber auch gefärbt sein kann.
- Ein Ausgleichsgefäß (A) um das mit der Temperatur schwankende Flüssigkeitsvolumen im U-Rohr aufzunehmen.
- Der Quecksilberfaden (Hg) zeigt die aktuelle Temperatur. Die Ausdehnung des Quecksilberfadens hat für die Temperaturmessung keine Bedeutung.
- Die Teilung der Skalen hängt von der Messflüssigkeit ab. Da bei Alkohol (Ethanol) die Ausdehnung nicht linear ist und auch die Ausdehnung des Quecksilberfadens berücksichtigt werden muss, unterscheiden sich die Abstände der Teilungsstriche auf jeder Skale.
- Bei einer Temperaturänderung umfließt die Messflüssigkeit beide Schleppstifte (2), bis der Quecksilberfaden in Kontakt mit einem der beiden Schleppstifte kommt und den Schleppstift verschiebt. Je nach Richtung der Temperaturänderung wird einer der beiden zum Maximum (siehe vergrößertes Bild) oder zum Minimum hin verschoben.
- Jeder Schleppstift (2) enthält einen metallischen Stift (dunkler Strich am oberen Ende des Schleppstiftes), so dass man ihn von außen mit einem Magneten beeinflussen kann.
Das Thermometer zeigt eine aktuelle Temperatur von 17–18 °C (oberes Bild, je nach Skale) bzw. 19 °C (unteres Bild) an, ein Minimum von 17 °C (oben) bzw. 6 °C (unten) und ein Maximum von 20 °C (oben) bzw. 29 °C (unten).
Minimax-Thermometer mit Quecksilber werden derzeit nach EU-Richtlinien nur noch für den gewerblichen Einsatz hergestellt. Im Handel sind inzwischen quecksilberfreie Modelle erhältlich.
Bimetall-Thermometer
Das Bimetallthermometer besitzt als Messmittel einen Bimetallstreifen (B), der die Form einer Spiralfeder mit rechteckigem Querschnitt aufgewickelt ist. Ein Ende von (B) ist am schwarzen Zeiger für die aktuelle Temperatur (T) befestigt, das andere Ende am Gehäuse. Zur Anzeige der tiefsten Temperatur dient der blaue Zeiger (Min) und zur Anzeige der höchsten Temperatur der rote Zeiger (Max). Wenn die Temperatur sinkt, nimmt der schwarze Zeiger (T) mit seiner Kröpfung (Z) den blauen Zeiger (Min) mit. Sobald die Temperatur wieder steigt, löst sich der Zeiger (T) und bewegt sich zu höheren Temperaturen in Richtung des roten Zeigers (Max). Der blaue Zeiger (Min) bleibt aufgrund seiner Lagerreibung auf der tiefsten Temperatur stehen, die der schwarze Zeiger (T) erreicht hat.
Sobald der schwarze Zeiger (T) den roten Zeiger (Max) erreicht, nimmt die Kröpfung (Z) den roten Zeiger mit, bis die Temperatur wieder fällt. Auch hier bleibt der rote Zeiger (Max) aufgrund der Lagerreibung stehen.
Die Kröpfungen (X) am roten und (Y) am blauen Zeiger sorgen für einen seitlichen Versatz der Zeigerspitzen, dadurch ist nach der Rückstellung sowohl die blaue Zeigerspitze, als auch die rote Zeigerspitze genau unter der schwarzen Zeigerspitze, obwohl die beiden Schenkel von (Min) und (Max) auf der anderen Seite der Kröpfungen neben, und nicht unter dem schwarzen Zeiger (T) liegen.
Die Rückstellung erfolgt mit dem Drehknopf (D). Dreht man (D) im Uhrzeigersinn, so kommt die Nase (N) mit dem blauen Zeiger in Kontakt und dreht ihn in Richtung des schwarzen Zeigers (T), bis die Spitze des blauen Zeigers (Min) unter der Spitze des schwarzen Zeigers liegt.
Dreht man (D) gegen den Uhrzeigersinn, nimmt (N) den roten Zeiger mit, bis die Spitze unter der des schwarzen Zeigers liegt.
Da der gewickelte Bimetallstreifen tatsächlich wie eine Feder wirkt, ist die Rückstellung nur bei sehr vorsichtiger Betätigung möglich. Will man den roten Zeiger (Max) zurückstellen, wird bei grober Betätigung der schwarze Zeiger aus seiner Position überdrückt und nimmt dabei den blauen Zeiger mit. Lässt man dann den Drehgriff (D) los, so schnellt der schwarze Zeiger zurück und drückt auch den roten Zeiger (Max) von sich weg. Die Rückstellung wäre damit gescheitert.
Das Bimetall-Thermometer braucht einen erschütterungsfreien Platz zur Aufstellung.
Einzelnachweise
- https://books.google.com/books?id=XCRCAQAAMAAJ&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false The Meteorological Magazine - Volume 4; page 7
- (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven: Don Angelo Bellani, scienziato e benefattore) , Giuseppe Colombo
