GASFEUCHTE BESTIMMEN

Relative Feuchte | Absolute Feuchte | Taupunkt | Spurenfeuchte

Bei der Bestimmung der Gasfeuchte ist zu unterscheiden zwischen relativer Feuchte (%rF), absoluter Feuchte (g/m³) und der Taupunkttemperatur (Td°C).

Die relative Feuchte beschreibt das Verhältnis der vorhandenen Feuchte (Wasserdampfpartialdruck) zur maximal möglichen Feuchte (Sättigungsdampfdruck). 60%rF = 60% der maximalen Aufnahmefähigkeit eines Gases bei einer definierten Temperatur.  Wird die Temperatur erhöht, kann das Gas eine größere Wassermenge aufnehmen, der Sättigungsdampfdruck erhöht sich. Bleibt die Wassermenge bei einer Temperaturerhöhung konstant, verringert sich dadurch der Wert %rF.  Obwohl sich die vorhandene Wassermenge nicht verändert, verändert sich die Relation zur Sättigung. Die relative Feuchte ist also sehr stark temperaturabhängig.

Die absolute Feuchte definiert die Wassermenge in einem m³ Volumen als g/m³. Dieser Wert ist temperaturunabhängig.  

Der Taupunkt definiert die Temperatur, bei der die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist und Kondensation austritt.

Die Spurenfeuchte beschreibt sehr geringe Gasfeuchte im Bereich von 0,1…2000 ppm.

Gebräuchliche Messverfahren

Kapazitiever Feuchtefühler

Kapazitive Feuchtefühler:  Für die Bestimmung der Gafeuchte im Bereich (5…95)%rF unter Normalbedingungen werden üblicherweise kapazitive Feuchtefühler eingesetzt, mit denen hochwertige Fühler eine Genauigkeit von ±1,5…2%rF erreichen können. Die Funktion entspricht der eines Kondensators. Als Dielektrikum wird eine Polymerfolie verwendet, die aus der Umgebung Feuchtigkeit aufnimmt oder abgibt bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Zur Auswertung wird die Dieltriziätskonstante von Wasser genutzt, die sich mit einem Wert von 80 deutlich dem der Luft mit 8 unterscheidet. Die Messung ist stark temperaturabhängig und muss deshalb entsprechend kompensiert werden.

Taupunktspiegel: Beim Taupunktspiegel wird eine polierte Fläche (Spiegel) auf ein Kühlelement (Peltier-Element) appliziert und von einer Lichtquelle in schrägem Winkel angestrahlt. Der Lichtstrahl wird vom Spiegel auf einen Empfänger reflektiert. Der Spiegel wird nun auf die Temperatur abgekühlt, bei der die Luft die vorhandene Wassermenge nicht mehr aufnehmen kann. Es kommt zur Kondensation, der Lichtstrahl wird in geringerem Umfang reflektiert, der Empfänger erkennt: Taupunkt.

Das Psychrometer bestimmt zwei Temperaturen, und zwar die Trockentemperatur und die Feuchttemperatur. Die Trocken-temperatur entspricht der Umgebungstemperatur. Zur Messung der Feuchttemperatur wird ein zweites Thermometer in ein feuchtes Baumwollgewebe gehüllt. Je trockener die Luft ist, um so schneller verdunstet die Flüssigkeit, die Verdunstungskälte senkt die Temperatur. Aus der Tempera-turdifferenz kann mittels entsprechender Formeln die Luftfeuchte bestimmt werden. Für andere Gase müssen entsprechende Korrek-turfaktoren berücksichtigt werden.

Das Phosphorpentoxid Verfahren ist ein anerkanntes, absolutes Messverfahren.   Phosphorpentoxid ist eine stark hygroskopische Substanz, die aus einem Gasstrom mit geringem Feuchteanteil  den vorhandenen Wasserdampf ganz oder teilweise absorbiert. Wird ein elektrisches Feld an die Phorphorpentoxid-Schicht angelegt, wird die Phosphorverbindung in Relation zum vorhandenen Wasserdampf zersetzt. Der elektrische Strom an den Elektroden ist direkt vom der umgesetzten Wassermenge abhängig und dient so zur Bestimmung der vorhandene Spurenfeuchte.

Referenzmethoden

Anerkannte Referenzmethoden sind der Taupunktspiegel, das Psychrometer und der Zweidruck-Feuchtegenerator.

Taupunktspiegel (wie oben beschrieben)

Psychrometer (wie oben beschrieben)

Zweidruck-Feuchtegenerator

Bei dem 2-Druck Feuchtegenerator werden zwei unterschiedliche Drücke bestimmt, aus deren Differenz sich die Luftfeuchte ergibt. In einer Kammer wird Luft  unter einem definierten Druck aufgestättigt. Über eine temperierte Leitung wird ein geringer, kontinuierlicher Gasstrom in eine zweite Kammer geleitet und dort auf Umgebungsdruck entspannt. Die Druckdifferenz aus den beiden Kammern bestimmt die Luftfeuchte. Die Messmethode ist fundamental.

Anwendungsbereiche

Kapazitive Feuchtefühler

Die relative Feuchte wird im Bereich Klimatechnik eingesetzt. Überall dort, wo Luft in Büro- und Geschaftsbegäuden konditioniert wird, muss die Luftfeuchte geregelt und überwacht werden. An die Qualität der Geräte wird in diesem Anwendungsbereich keine extremen Anforderungen gestellt. Gefragt ist ein gutes Preis- Leistungsverhältnis. Es werden hohe Stückzahlen nachgefragt, die den erzielbaren Preis begrenzen.

Ebenfalls große Stückzahlen werden im Automobilbereich nachgefragt zur Optimierung des Motormanagements und zur Klimatisierung des Innenraums.

Ein weiterer Anwendungsbereich mit hohen Stückzahlen sind Wetterballons, die in Höhen bis zu 38.000 m aufsteigen und dort unter anderem auch die Gasfeuchte bestimmen. Auch in den Bodenstationen der Wetterbeobachter kommen kapazitive Feuchtefühler zum Einsatz.

Im industriellen Bereich werden kapazitive Feuchtefühler ebenfalls eingesetzt. Die über die Jahre erreichte geringe Messunsicherheit und Reproduzierbarkeit sowie eine weitreichender Beständigkeit gegenüber chemischen Einflüssen und  hohen Temperaturen ermöglichen den Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen und industriellen Prozessen.

 

Taupunktspiegel

Das fundamentale Messverfahren des Taupunktspiegels eignet sich sehr gut als Kalibrierreferenz. Weitere Anwendungsbereiche sind das Reinraum-Monitoring, die Überwachung von Produktionsanlagen zur Tablettenherstellung und die Überwachung und Einstellung von Klimakammern. Auch zur Bestimmung der Spurenfeuchte werden Taupunktspiegel eingesetzt.

 

Psychrometer

Das Psychrometer findet einen seiner wichtigsten Anwendungsbereiche in der Meteorologie und beim Einsatz in Klimakammern.

 

Phosphorpentoxid

Das absolute Phosphorpentoxid - Messverfahren wird eingestezt bei Herstellern und Anwendern technischer und medizinischer Gase, in der Mikroelektronik, in der chemischen Industrie und zur Bestimmung der Gasfeuchte in Erdgasen.

 

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