Phänomen Verdunstungskälte
Es gibt NiCr-Ni-Temperaturfühler mit unterschiedlicher dickem Fühlerrohr bzw. ohne Fühlerrohr zu kaufen. Aus den Datenblättern der Hersteller ist zu entnehmen, dass die Fühler um so träger reagieren, je stärker das Fühlerrohr ist.
In einer Versuchreihe wird untersucht, welche Temperaturabkühlung eintritt, wenn der Fühler in 96 %-igen Ethanol getaucht und danach der Fühler senkrecht nach oben gehalten wird, ohne ihn zu bewegen.
Die Versuche wurden mit CASSY-Lab 2 und dem CASSY-System durchgeführt.
Folgendes Bild zeigt die unterschiedliche Dicke der Fühlerrohre:
5 – 3 – 1,5 mm – ohne Schutzrohr
Ethanol hatte eine Temperatur von 24 °C, für die Abkühlung ergaben sich folgende Werte:
- 3 mm Fühlerrohr: Abkühlung auf 18 °C (Differenz 6 °C)
- 1,5 mm Fühlerrohr: Abkühlung auf 15,5 °C (Differenz 8,5 °C)
- ohne Fühlerrohr: Abkühlung auf 11,5 °C (Differenz 12,5 °C)
Mit dem Phywe Bluetooth Temperatur Sensor (- 40 bis 120 °C) stand ein weiterer Messfühler zur Verfügung, sein Fühlerrohr hat einen Durchmesser von 5 mm. Um was für ein Messprinzip es sich handelt, wird nicht angegeben. Die Werte wurden mit der Measure-App von Phywe aufgenommen:
Hier ist ein Temperaturabfall von nur 5 °C zu beobachten.
Wie ist das zu erklären?
Ein dickeres Fühlerrohr muss mehr Wärme abführen, bis die Temperaturänderung bis zum Sensor vordringt. Einfach ausgedrückt, ein dickeres Fühlerrohr schirmt den eigentlichen Messfühler stärker ab als ein dünneres. Obwohl bei einem dickeren Fühlerrohr mehr Substanz hängen bleibt, hat dies keinen Einfluss auf die Abkühlung.
Vor- und Nachteile der Fühlerrohrdicke
Als Ergebnis kann festgehalten werden:
- Je dünner das Fühlerrohr, um so schneller die Reaktion, um so größer die Abkühlung.
- Fühler mit dicken Fühlerrohren reagieren träge, dadurch schwanken die Messwerte weniger. Schwankungen sind bei dem Messfühler ohne Fühlerrohr am stärksten zu beobachten.
- Dünne Fühlerrohre können gebogen werden, um sie z. B. dem Versuchsaufbau anzupassen. Auch das 3 mm Fühlerrohr lässt sich biegen, nicht aber das mit 5 mm
- Am besten ist es, man kann bei seinem Messgerät zwischen verschiedenen Typen wählen, je nachdem, welches Messproblem bearbeitet wird.
Wo ist es von Vorteil, dickere Fühlerrohre zu verwenden?
Dicke Fühlerrohre sind dann angebracht, wenn man Temperaturfühler einstechen muss, z .B. um im Erdreich Messungen durchzuführen. Dies geht nur mit stabilen Fühlerrohren. Ansonsten verfälschen dicke Fühlerrohre die Messung bei schnellen Vorgängen, wie z. B. in dem Fall der Verdunstungskälte.
Natürlich kann man auch mit einem Temperatursensor, der ein dickeres Fühlerrohr besitzt, das Phänomen der Verdunstungskälte zeigen. Es ist aber lange nicht so beeindruckend wie mit einem dünneren Fühlerrohr, da die Temperatur nicht so tief abfällt.