Frigorimeter

Das Frigorimeter ist ein Gerät zur messtechnischen Erfassung der mittleren Abkühlungsgröße. Es wurde von den Naturforschern Carl Dorno und Rudolf Thilenius entwickelt. Es wird auch als Davoser Frigorimeter bezeichnet. Mit Hilfe des Gerätes wird die Wärmemenge bestimmt, die erforderlich ist, um einen sich abkühlenden Testkörper (schwarzer Kasten oder Kupfervollkugel) konstant auf einer Temperatur von 36,5 °C (Hauttemperatur des Menschen) zu halten. Die zur Einhaltung dieser Temperatur notwendige elektrische Wärmezufuhr entspricht derjenigen Wärmemenge, die dem Testkörper durch Abkühlung entzogen wird. Die elektrische Leistung bei bekannter Größe der Oberfläche des Testkörpers entspricht dem gesuchten Maß für die mittlere Abkühlungsgröße.

Aufbau

Für die Messung wird eine schwarze (oder geschwärzte) nahezu massive und beheizbare Kugel aus Kupfer mit einem Durchmesser von 7,5 cm mit Hilfe einer 8 cm langen Metallröhre, von etwa 1 cm im Durchmesser auf einer Metallplatte montiert und mit einer elektrischen Zuleitung versehen. In der Kugel steckt oben ein kleines Kontrollthermometer sowie ein Widerstandsthermometer zur Auslösung des Relais. Daneben werden auf dem Schaltbrett (einer Holzplatte) eine schaltbare Uhr mit Steckkontakt, eine Steckdose für die Verbindung der Zuleitung sowie das Relais und zwei Vorschaltwiderstände angebracht. Das Relais und die Uhr sind über Schnurleitungen ebenfalls mit der Stromversorgung verbunden. Die Uhr wird immer dann angeschaltet, wenn die Wärmezufuhr für die Kugel mit Strom versorgt wird. Diese kann abhängig von der Kühlwirkung der Umgebung mit einem Heizstrom von 5, 20 oder 80 $mgcal\diagup cm^{2}\cdot s$ versorgt werden. Aus dem Verhältnis der an der Uhr abzulesenden Gesamtzeit der Intervalle ($z$) zu der Versuchsdauer ($z'$) und dem Ergebnis der Multiplikation mit einem Wärmefaktor ($q$) ergibt die mittlere Abkühlungsgröße ($A$).

Die Formel lautet: $A={\frac {z}{z'}}\cdot q\quad (mgcal\diagup cm^{2}\cdot s)$

Steigt die Temperatur der Kugel nun über 36,5 °C, so wird die Wärmezufuhr über das Relais abgeschaltet. Sobald sie um 2 bis 3 Zehntelgrade unter diesen Wert absinkt, so wird die Wärmezufuhr wieder zugeschaltet. In demselben Rhythmus wird auch die Schaltuhr an- oder abgestellt. Eine Beispielrechnung könnte zu folgendem Ergebnis kommen.

Versuchsdauer = 460 Minuten, Zeit der Heizintervalle laut Uhr = 116 Minuten, Heizstrom 20 $mgcal\diagup cm^{2}\cdot s$

$A={\frac {116}{460}}\cdot 20=5.04(mgcal\diagup cm^{2}\cdot s)$

Literatur

• Rudolf Thilenius, Carl Dorno: Das Davoser Frigorimeter. In: Meteorologische Zeitschrift. Band 42, Heft 2, 1925, ISSN 0941-2948, S. 57–60.
• Rudolf Thilenius: Die Konstruktion des Davoser Frigorimeters. In: Meteorologische Zeitschrift. Band 48, Heft 7, F. Vieweg & Sohn A.-G., Braunschweig 1931, S. 254–260.
• Ernst Kleinschmidt, Fritz Albrecht: Frigometer. In: Handbuch der meteorologischen Instrumente und ihrer Auswertung. J. Springer, Berlin 1935, S. 54–56.
• Hugo Wierzejewski: Theoretisches und Konstruktives zur Messung der Abkühlungsgrösse. In: Archiv für Meteorologie, Geophysik und Bioklimatologie. Serie B, Band 2, Heft 1/2, 1950, ISSN 0374-5449, S. 65–85, doi:10.1007/BF02242720.
• Horst Matzke: Die Abkühlungsgrösse unter spezieller Berücksichtigung der mit dem Davoser Frigorimeter in Greifswald erhaltenen Meßergebnisse (= Abhandlungen des Meteorologischen und Hydrologischen Dienstes der Deutschen Demokratischen Republik.) Band 4, Nr. 27, Akademie-Verlag, Berlin 1954.
• Erwin King: Ein thermo-elektrisch geregeltes Frigorimeter zur wirkungsbezogenen Messung der meteorologischen Umweltbedingungen in der Landwirtschaft. (= Berichte des Deutschen Wetterdienstes. 56 = 8, 3, ISSN 0072-4130). Deutscher Wetterdienst, Offenbach 1959.
• Walther Frank: Die Erfassung des Raumklimas mit Hilfe richtungsempfindlicher Frigorimeter. In: Walther Frank u. a.: Sonneneinstrahlung, Fenster, Raumklima. Untersuchungen, durchgeführt im Auftrag des Bundesministeriums für Städtebau und Wohnungswesen und der Hüttentechnischen Vereinigung der Deutschen Glasindustrie e.V. (= Berichte aus der Bauforschung. 66). Ernst in Kommission, Berlin u. a. 1970, ISBN 3-433-00551-6.