Logo PTB
Symbolbild "Zeitschriften"

Verlässlichere Temperaturfixpunkte

Nahezu alle Temperaturmessungen basieren – über viele Zwischenschritte – letztendlich auf der Internationalen Temperaturskala. Deren Fixpunkte sind im industriell bedeutsamen Temperaturbereich zwischen 20 °C und 1000 °C durch die Schmelz- und Erstarrungspunkte von Reinstmetallen definiert. Aufgrund von Verunreinigungen der Metalle nahm man bisher Unsicherheiten zwischen 0,2 tausendstel Kelvin und 2 tausendstel Kelvin an. In der PTB sind die bisher theoretisch angenommenen Einflussfaktoren jetzt durch konkret gemessene Werte ersetzt worden, so dass die Unsicherheit um den Faktor 3 reduziert werden kann.

Einfluss verschiedener Verunreinigungen auf die Fixpunkttemperatur einiger Reinstmetalle. Beispielsweise haben Verunreinigungen aus Magnesium oder Chrom keinen Einfluss auf Indium-Fixpunktzellen, solche aus Silber oder Kupfer dagegen schon.

Die von der PTB entwickelte rechnerische Korrektur basiert auf einer chemischen Analyse. Da im Bereich extrem kleiner Konzentrationen von Verunreinigungen keine zuverlässigen Daten über das Verhalten von gelösten Stoffen bekannt sind, müssen sie experimentell gewonnen werden. Die verwendete Methode stellt mit Unsicherheiten von wenigen ppb (das sind 10–9 mol/mol) die Menge an Verunreinigungen fest und ermittelt deren Einfluss auf die Phasenübergangstemperatur des Metalls.

Um nicht die bisher üblichen großen Fixpunktzellen verwenden zu müssen, wurden – auf der Basis von Untersuchungen des Wärmetransports in einer Fixpunktzelle – spezielle, verkleinerte Zellen entwickelt, die gezielt mit Verunreinigungen dotiert wurden, um die Änderung der Schmelztemperatur zu beobachten. Die so gewonnenen Daten an den Fixpunkten von Indium, Zinn und Zink sind, was Unsicherheit und Menge bei gleichzeitig geringen Kosten betrifft, im internationalen Vergleich beispiellos. Das Ergebnis der Untersuchungen war überraschend: Erstmals konnte nachgewiesen werden, dass nicht alle Verunreinigungen die Fixpunkttemperatur wie erwartet beeinflussen. Eine detaillierte Analyse sowie Berechnungen ergaben, dass elementare Verunreinigungen teilweise unlösliche Verbindungen bilden, die bei der Korrektur nicht berücksichtigt werden müssen.

Ansprechpartner:

Telefon: +49-531-592-0