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Wie genau kann man Temperaturen messen?

03.07.2015

Abb. 1: Älteste funktionsfähige Wassertripelpunktzelle der Welt (Physikalisch-Technische Reichsanstalt (PTR), 1928).

Im Rahmen einer Kooperation mit dem National Institute of Metrology (NIM, China) ist es gelungen, die Unsicherheit bei der Darstellung der SI-Basiseinheit Kelvin für Temperatur über den Tripelpunkt von Wasser in der PTB auf weniger als 20 µK zu verbessern. Darüber hinaus konnte durch direkte Vergleichsmessungen mit einer am NIM hergestellten Wasser-Tripelpunktzelle im Rahmen eines Forschungsaufenthalts eines chinesischen Gastwissenschaftlers nachgewiesen werden, dass die Realisierungen des Kelvin in China und Deutschland bei relativen Abweichungen kleiner als 5 x 10-8 innerhalb von 15 µK (k=1) übereinstimmen.

Sehr genaue Charakterisierungen verschiedener Wassertripelpunktzellen, kleinere Unsicherheiten bei der elektrischen Messtechnik (Temperaturmessbrücken) und umfangreiche Untersuchungen des Einflusses von Glaskorrosion auf die Konzentration von Verunreinigungen im Wasser waren dafür erforderlich. Unter anderem wurde dabei auch die Langzeitdrift der weltweit ältesten Wassertripelpunktzelle bestimmt, die von der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt (PTR) aus dem Jahr 1928 stammt. Die Abweichung zur derzeitigen Realisierung des Kelvin in der PTB beträgt lediglich 1,2 mK. Darüber hinaus wurden auch mehrere im Jahr 1979 hergestellte Normalzellen des Amtes für Standardisierung, Meßwesen und Warenprüfung (ASMW) der DDR untersucht. Dabei wurden sehr geringe Driftraten von nur 7 µK/Jahr für Zellen aus Quarzglas und 15 µK/Jahr für Zellen aus Borosilikatglas festgestellt.

Bei einem Schlüsselvergleich im Jahr 2005 (CCT-K7) lagen die Abweichungen zwischen den Kelvin-Realisierungen der 21 teilnehmenden Institute und dem Referenzwert noch im Bereich von -76 µK bis +95 µK und die von der PTB angegebene Unsicherheit bei 57 µK (k=1).

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