Ratgeber
Der Feuchtigkeitssensor ist eines der wichtigsten Geräte zur Messung und Überwachung der Feuchtigkeit. Erfahren Sie hier, wie diese Sensoren funktionieren, in welchen Bereichen sie notwendig oder vorteilhaft sind und wie sich die gelieferten Daten erfassen und verarbeiten lassen.
Im Allgemeinen bedeutet der Begriff Feuchtigkeit oder kurz Feuchte den Wassergehalt eines Materials oder einer Substanz. In der Praxis bezieht sich der Begriff jedoch auf den Wassergehalt in Feststoffen und Flüssigkeiten. Der Begriff Luftfeuchtigkeit bezieht sich dagegen auf den Wassergehalt in Gasen, üblicherweise in Luft.
Zu unterscheiden ist dabei zwischen der absoluten (AH) und der relativen Luftfeuchtigkeit (RH). Die absolute Luftfeuchtigkeit ist das Verhältnis der Masse des Wasserdampfes zum Volumen der Luft. Die absolute Luftfeuchtigkeit berücksichtigt nicht die Temperatur, sondern ändert sich mit der Temperatur und dem Druck.
Wenn über die Messung der Luftfeuchtigkeit gesprochen wird, ist in der Regel die relative Luftfeuchtigkeit gemeint. Sie beschreibt das Verhältnis zwischen dem tatsächlichen Wasserdampfdruck in der Luft bei einer bestimmten Temperatur und dem maximalen Wasserdampfdruck in der Luft bei der gleichen Temperatur. Beträgt die relative Luftfeuchtigkeit 100 Prozent, ist die Luft mit Wasserdampf gesättigt, ein mehr an Dampf kondensiert als Niederschlag. Dabei gilt: Je höher die Lufttemperatur, desto größer ist die Aufnahmefähigkeit an Wasserdampf.
Die beiden gebräuchlichsten Ausführungen zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit sind die kapazitiven und die resistiven Feuchtigkeitssensoren. Kapazitive Sensoren verwenden zwei Elektroden, um die Kapazität eines zwischen ihnen liegenden dünnen Metallstreifens zu messen. Dessen Kapazität erhöht oder verringert sich direkt proportional zur Änderung der Feuchte in der Umgebung des Sensors.
Resistive Feuchtesensoren arbeiten nach einem anderen Prinzip. Diese Sensoren verwenden einen kleinen Kamm aus feuchtigkeitsempfindlichem Material. Ändert sich die Luftfeuchtigkeit, verringert oder erhöht sich dessen elektrischer Widerstand.
Ein Feuchte- oder Luftfeuchtigkeitssensor allein ist nutzlos. Er liefert schließlich nur elektrische Werte, die dann zwingend mit einer passenden Elektronik erfasst und aufbereitet werden müssen. Dazu sind spezielle Evaluierungskits zur präzisen Messung von Temperatur und Feuchtigkeit im Handel. Über die USB-Schnittstelle mit einem PC verbunden, lassen sich die Messergebnisse darstellen, auswerten und speichern.
In Maker-Kreisen sehr beliebt sind selbst gebaute Messgeräte auf der Basis von Entwicklungsumgebungen wie Arduino oder Raspberry. Diese kostengünstigen und auch von Anfängern beherrschbaren Entwicklungsgeräte ermöglichen den Aufbau individueller Messstationen, die nicht nur Auskunft über die Feuchtigkeit geben, sondern auch durch die Verwendung von Schaltausgängen Aktoren ansteuern können. Dazu gehören beispielsweise Luftbefeuchter oder Lufttrockner.
In Industriebereichen wie Raffinerien, Chemiefabriken oder in der Metallverarbeitung sind in der Regel Öfen im Einsatz. Eine hohe Luftfeuchtigkeit reduziert die Sauerstoffmenge in der Luft und verringert somit die Brenngeschwindigkeit. Andere Industrien wie die Lebensmittelverarbeitung oder die die Textil- und Papierherstellung benötigen ebenfalls eine Kontrolle der Luftfeuchtigkeit.
Bewässerungstechniken wie die Tröpfchenbewässerung in der Landwirtschaft benötigen einen genauen Feuchtigkeitsgehalt der Luft. Außerdem spielt die Feuchtigkeit im Boden eine wichtige Rolle für das richtige Wachstum der Pflanzen. Andere Bereiche, in denen eine Feuchteregelung erforderlich ist, sind die Pflanzen in Innenräumen.
Fast alle elektronischen Geräte sind für einen Bereich von Feuchtigkeitswerten ausgelegt, in dem sie erwartungsgemäß funktionieren. Im Allgemeinen liegt dieser Wert bei etwa 10 bis 50 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit. Halbleiterfabriken müssen sehr präzise Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerte einhalten, da selbst kleinste Unterschiede einen großen Einfluss auf die Produktion haben können.
Medizinische Geräte wie Beatmungsgeräte, Inkubatoren oder Sterilisatoren benötigen eine Feuchteregelung. Sie wird auch in pharmazeutischen Anlagen und biologischen Prozessen eingesetzt.
Abhängig vom geplanten Einsatzzweck sind bei der Beschaffung von Feuchtigkeitssensoren bestimmte elektrische und messtechnische Werte zu beachten. Dazu gehören zunächst der minimale und der maximale Messbereich, unterteilt in Temperatur und relativer Feuchte. Ein weiteres Kriterium ist die minimale und maximale Betriebsspannung. Sie reicht von einem Volt Wechselstrom bis zu 24 Volt Gleich- oder Wechselstrom.
Wichtig ist außerdem der Anschlusstyp. Flachstecker und Kabel mit offenen Enden sind ebenso verfügbar wie Schraubklemmen, Stiftleisten oder USB-Stecker. Erhältlich sind außerdem komplette Sensormodule, die vor allem für den Aufbau von Prototypen auf Steckbrettern gedacht sind. Sie bestehen aus dem Sensorelement und einer Beschaltung, die ein lineares Gleichspannungs-Ausgangssignal für gemessene Werte zwischen 0 und 100 Prozent relativer Luftfeuchte bereitstellt. Dies erleichtert die Anbindung an Anwendungen oder die Kopplung an einen Controller.
Lässt sich mit Feuchtesensoren auch die Feuchte von Chemikalien messen?
Jeder Feuchtesensor hat Stärken und Schwächen bei bestimmten Chemikalien. Es wird daher empfohlen, eine Liste aller potenziellen Chemikalien, mit denen der Feuchtesensor in Berührung kommen soll, sowie die Konzentration dieser Chemikalien zu erstellen und sie mit den Kompatibilitätstabellen des Sensorherstellers zu vergleichen. Dies hilft, den richtigen Feuchtigkeitssensor auszuwählen, die erwartete Lebensdauer zu bestimmen und den besten Montageort zu wählen.
Lässt sich ein Feuchtigkeitssensor im Feld neu kalibrieren?
Aufgrund von Drift, Qualität und Installationsumgebung müssen Feuchtigkeitssensoren möglicherweise neu kalibriert oder ausgetauscht werden.
Diese Kosten werden oft übersehen, können aber leicht den ursprünglichen Anschaffungspreis übersteigen, wenn sie nicht zu Beginn eines Projekts berücksichtigt werden.
Die meisten Sensoren dieser Kategorie lassen sich vor Ort mit einem Potentiometer, einem Handgerät oder einer austauschbaren Sensoreinheit kalibrieren. Die beste Lösung ist die Verwendung eines Luftfeuchtigkeitssensors, der eine austauschbare Feuchtigkeitssensor-Baugruppe enthält, die per Computer kalibriert wird.
Über unseren Conrad-Kalibrierservice können Sie Ihre Geräte auch ganz einfach regelmäßig kalibrieren lassen!
Welche Genauigkeit sollte ein Sensor besitzen?
Das hängt naturgemäß von der Anwendung ab. Die Genauigkeit kann sowohl kritisch als auch nicht so wichtig sein. In kontrollierten Umgebungen wie Labors und Krankenhäusern ist eine hohe Genauigkeit beispielsweise extrem wichtig. Ist Präzision nicht das Hauptanliegen, kann die Wahl eines weniger genauen Sensors eine akzeptable Option sein.