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Elektronischer „Fixpunkt“ für 20 °C

Mit einem neuartigen, elektronischen Temperatur-Referenzpunkt konnten erstmals die Temperaturmessungen von deutschen und italienischen Laboratorien unmittelbar bei der Messtemperatur von 20 °C auf 1 mK verglichen werden.

Die Temperatur des vergoldeten Kupfereinsatzes wird mit zwei Thermistoren gemessen und über eine Heizung mit Drahtwiderständen geregelt.

Viele physikalische Eigenschaften, wie etwa die Dichte von Proben, hängen von der Temperatur ab. Für eine Vergleichbarkeit von Präzisionsmessungen aus unterschiedlichen Laboratorien ist daher eine sehr gute Übereinstimmung der Temperaturmessungen notwendig. Da sich die Temperaturmesseinrichtungen der Laboratorien oft stark von den Standardthermometern unterscheiden, die zur Definition der Temperaturskala verwendet werden, ist es am besten, den Temperaturvergleich unmittelbar bei der Messtemperatur durchzuführen. Für die üblichen Messtemperaturen gibt es aber keine Temperaturfixpunkte, mit denen die Thermometer kalibriert werden können.

Deshalb wurde in der PTB ein elektronisches Gerät entwickelt, das die Referenztemperatur von 20 °C sehr genau und reproduzierbar realisiert. Darin stellt eine Mikroprozessor-gesteuerte Temperaturregelung in zwei aufeinanderfolgenden Stufen die Temperatur in zwei Kupferblöcken ein. Ein zusätzlicher Metallblock-Kalibrator sorgt für eine stabile Umgebungstemperatur und ausreichende Kühlung der Kupferblöcke. In drei Arbeitsgruppen der PTB und zwei Laboratorien des italienischen metrologischen Instituts INRIM wurde die Temperatur des elektronischen Referenzpunktes mit den jeweiligen Temperaturmesseinrichtungen bestimmt. Auf diese Weise konnte nachgewiesen werden, dass die Temperaturmessungen bei 20 °C in Italien und Deutschland auf ca. 1 mK übereinstimmen.

Dies ist insbesondere für das Avogadro-Projekt von Bedeutung, in dem die Anzahl der Atome in einer 1-kg-Silicium-Kugel aus dem Abstand der Atome im Silicium-Einkristall und dem Volumen der Kugel bestimmt wird. Wegen der thermischen Ausdehnung des Kristalls ist eine sehr gute Übereinstimmung der Temperaturmessungen eine notwendige Voraussetzung für diese Methode

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