Mikrostruktur-Thermistor (FP07-38)
Die FP07-38 sind Temperatursensoren mit schneller Ansprechzeit für ozeanographische Anwendungen, deren Sensorspitzen aus einem Mikroperlen-Thermistor (hergestellt von GE Thermometrics) bestehen und welche auf einer Edelstahl-Nadel mit einem Durchmesser von 9,53 mm befestigt sind. Der Einbau in ozeanographischen Mikrostruktur-Instrumente ist problemlos möglich.
Der FP07 besteht aus kleinen glasbeschichteten Thermistorperlen, die an den Spitzen hermetisch mit schlagfesten Glasstäben gekapselt sind. Da der Perlen-Thermistor über eine sehr dünne Glashülle verfügt und die Perle so weit wie möglich in der Spitze des Glasstabes exponiert ist, werden Frequenzantworten von ca. 23 Hz oder Ansprechzeiten von 0,007 s ermöglicht. Die Sensoren sind bestens für extrem schnelle Messungen von Flüssigkeitstemperaturen geeignet.
Merkmale
Messbereich: -1 bis 32 C
Auflösung: 0,0001 C
Ansprechzeit: 7 ms (nominal)
Widerstand: 2 kOhm (bei 25 C)
Abmaße
Maximaler Glasperlendurchmesser: 2,2 mm (Thermistor-Spitze: ca.0,2 mm)
Gesamtlänge: 127 mm
Gewicht in Luft: ca. 100 g
Durchmesser an Basis: 9,53 mm
Rauschpegel
In Verbindung mit der ASTP-Signalaufbereitungselektronik werden die FP07-38 Thermistoren zur Messung von Fluktuationen von Mikrostruktur-Temperaturen verwendet. In den Thermistor wird Strom geringer Stärke eingeleitet um den Widerstand und damit auch die Temperatur zu messen.
Der Strom erhitzt den Thermistor, so dass dessen Temperatur die des umgebenden Wasser übertrift. Ein Problem bei Mikrostrukturmessungen ist der Anemometer-Effekt der Selbsterhitzung, da der Temperaturanstieg des Thermistors auch von der Fließgeschwindigkeit des vorbeiströmenden Wassers abhängt. Die Fließgeschwindigkeit hat somit ebenfalls einen Einfluss auf die Messung von Temperaturschwankungen. Der die Dissipationsrate der Temperaturvarianzen ( ) betreffende Rauschpegel kann angegeben werden. Basierend auf den Merkmalen des von RSI entwickelten ASTP-Boards und des FP07-Thermistors sowie der Verwendung eines realistischen Wertes für maximale Fließgeschwindigkeitsschwankungen im Meer, lässt sich das Messrauschen betreffend der Disspiationsrate der Temperaturschwankungen schätzen.
W entspricht der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Thermistors durch das Wasser
N ist der Rauschpegel der Messung aufgrund thermischen Rauschens
F ist der Rauschpegel der Messung aufgrund von Schwankungen der Fließgeschwindigkeiten im Meer
Die Tabelle zeigt, dass das thermische Rauschen des Thermistors ähnlich des maximalen Fließgeschwindigkeitssignals ist, welches der Thermistor erfasst. Daraus folgt, dass die FP07-38 Thermistoren in Verbindung mit der ASTP-Signalaufbereitungselektronik am durch die Thermodynamik bedingten theoretischen Limit arbeiten und somit völlig frei von Störungen aufgrund von Fließgeschwindigkeiten sind.
Beispieldaten
Die unten stehende Grafik stellt Daten aus einem Experiment unter Verwendung eines FP07-Thermistors dar, welcher über ein Strecke von 1500 mm mit einer Geschwindigkeit von 0,1 m/s durch eine Rinne mit erwärmten und turbulenten Wasser gezogen wurde. Die Rauschgrenze des Temperaturspektrums wurde bei 100 Wellenzyklen pro Meter erreicht.
