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Grundlagen der Feuchtemessung

Für jede Messaufgabe den richtigen Feuchtefühler

Zur Messung der Feuchtigkeit sind verschiedene Verfahren gebräuchlich, die sich im Wesentlichen durch ihre Genauigkeit und ihre Eignung für Langzeitmessung und durch das Medium für die Messung unterscheiden:

  • kapazitive Luftfeuchtemessung
  • psychrometrische Luftfeuchtemessung
  • hygrometrische Luftfeuchtemessung
  • Taupunktbestimmung mit CCC-Taupunktsonden
  • Taupunktbestimmung mit Taupunktspiegel

Kapazitive Luftfeuchtemessung

Bei kapazitiven Sensoren ist auf einem Glassubstrat eine feuchteempfindliche Polymerschicht zwischen 2 Metallschichten aufgebracht. Durch Wasseraufnahme entsprechend der relativen Luftfeuchtigkeit ändert sich die Dielektrizitätskonstante und damit die Kapazität des Dünnschichtkondensators. Das Messsignal ist direkt proportional zur relativen Feuchte und unabhängig vom Umgebungsdruck.

Vorteil:

  • Messung ohne Wartung über längere Zeiträume auch bei Minustemperaturen möglich
  • luftdruckunabhängig, arbeitet auch unter Druck
  • Sensor flexibel einsetzbar

Nachteil:

  • begrenzte Langzeitstabilität
  • empfindlich gegenüber Betauung und bestimmten aggressiven Medien

Psychrometrische Luftfeuchtemessung

Psychrometer sind Präzisionsgeräte mit einem trockenen und einem befeuchteten Temperaturfühler. Der Feuchtfühler kühlt sich infolge der Verdunstung ab, wobei für die Abkühlung eine Windgeschwindigkeit von mindestens 2 m/s eingehalten werden muss. Aus der Temperaturdifferenz (psychrometrische Differenz) werden die Feuchtewerte berechnet. Die Berechnungsformeln für ALMEMO®-Geräte entsprechen denen des deutschen Wetteramtes bezogen auf 1013mbar. Unterschiedlicher Luftdruck kann für Präzisionsmessungen korrigiert werden.

Vorteil:

  • keine Alterung des Sensors mit Ausnahme der Verschmutzung des Dochtes
  • hohe Genauigkeit
  • messtechnisch hochwertig
  • problemlos bis 100% r.H.. in allen Medien einsetzbar

Nachteil:

  • Langzeitmessung durch den benötigten Wasservorrat und die Wartung des Dochtes begrenzt
  • bei Minustemperaturen und niedrigen Feuchten nur schwer einsetzbar
  • luftdruckabhängig

Hygrometrische Luftfeuchtemessung

Hygrometrische Messwertgeber sind mit einem Messband ausgestattet, welches sich je nach Feuchtigkeit dehnt oder zusammenzieht. Das Messband setzt sich aus vielen Einzelfasern (Messharfe) zusammen, die aus organischem Material oder aus Kunststoff bestehen.

Vorteil:

  • einfache und preiswerte Messtechnik auch in verschmutzter Umgebung
  • leicht zu reinigen

Nachteil:

  • begrenzte Genauigkeit
  • eingeschränkter Messbereich
  • langsame, träge Messung

Taupunktbestimmung

Taupunktbestimmung mit CCC-Taupunktsonden

Der Taupunktsensor ist mit einem integrierten Sensorchip (CCC-Taupunktprinzip nach Heinze) ausgestattet, der auf einem Miniatur-Kühlelement montiert ist. Der Sensoreinheit ist jeweils ein Regelkreis nachgeschaltet, mit dem der Betriebsstrom des Kühlelementes so geregelt wird, dass sich ein definiertes Kondensat einstellt. Die daraus resultierende Taupunkttemperatur wird direkt im Sensor ­gemessen und in auswertbarer Form ausgegeben.

Vorteil:

  • hohe Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit
  • großer Messbereich

Nachteil:

  • Aufwendiges Messverfahren
  • nicht für schnelle Kontrollmessungen geeignet
  • nicht bei Minustemperaturen einsetzbar

Taupunktbestimmung mit Taupunktspiegeln

Ein optisch überwachter Spiegel ist auf einem kaskadierten Peltierelement montiert. Der Sensoreinheit ist jeweils ein Regelkreis nachgeschaltet, mit dem der Betriebsstrom des Kühlelementes so geregelt wird, dass sich ein definiertes Kondensat einstellt.
Die daraus resultierende Taupunkttemperatur wird direkt im Sensor gemessen und in auswertbarer Form ausgegeben.

Vorteil:

  • hohe Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit
  • luftdruckunabhängig
  • großer Messbereich
  • auch für Minustemperaturen geeignet

Nachteil:

  • Aufwendiges Messverfahren
  • hoher Stromverbrauch
  • Verschmutzungsgefahr

Dielektrische Messung der Materialfeuchte

Die Messung der Materialfeuchte erfolgt indirekt über die Bestimmung der Dielektrizitätskonstante. Dies geschieht durch eine Kapazitätsmessung über ein hochfrequentes elektrisches Feld, welches das Material störungfrei durchdringt.

Vorteil:

  • einfache und schnelle Messtechnik
  • zerstörungsfreie Berührungsmessung
  • Langzeiteinsatz möglich

Nachteil:

  • Begrenzte Genauigkeit

Messung der Materialfeuchte nach dem Leitwertprinzip

Die Messung der Materialfeuchte erfolgt indirekt über die Bestimmung des elektrischen Widerstandes, welcher vom Feuchtegehalt des Materials abhängt.

Vorteil:

  • einfache und schnelle Messtechnik

Nachteil:

  • begrenzte Genauigkeit
  • Sondeneinstiche
  • nur für kurzzeitige Kontrollmessungen
  • Messwerte abhängig von verschiedenen Materialparametern

Gleichgewichtsfeuchte-Messung

Unter Gleichgewichtsfeuchte eines Materials versteht man diejenige relative Feuchte, welche in der umgebenden Atmosphäre herrschen muss, damit kein Wasseraustausch stattfindet.

Alle Baustoffe können aus der Umgebungsluft mehr oder weniger Wasserdampf aufnehmen und an diese auch wieder abgeben. Sie sind hygroskopisch, das heißt bestrebt, mit der umgebenden Luft in ein Feuchtegleichgewicht zu treten. In Abhängigkeit von der Temperatur stellt sich zwischen Umgebungsluft und Baustoff ein Gleichgewicht zwischen der Aufnahme von Wasserdampf und der Abgabe von Wasserdampf aus bzw. an die Luft ein. Zu jeder Temperatur und Luftfeuchte gehört also ein bestimmter, vom jeweiligen Material abhängiger Wassergehalt im Baustoff (im Material vorhandene Wassermenge in Gewichtsprozenten).

Im Gleichgewichtszustand kann die Beziehung zwischen Wassergehalt und Gleichgewichtsfeuchte eines Materials durch eine Kurve, die sogenannte Sorptionsisotherme, grafisch dargestellt werden. Für jeden Luftfeuchtewert gibt eine Sorptionsisotherme den entsprechenden Wassergehaltswert dieses Materials bei einer gegebenen, konstanten Temperatur an. Ändert sich die Zusammensetzung oder Qualität des Materials, so ändert sich auch das Sorptionsverhalten und damit die Sorptionsisotherme. Bedingt durch die Komplexität der Sorptionsvorgänge können die Isothermen nicht rechnerisch bestimmt werden, sondern müssen experimentell aufgenommen werden.

Kleines Glossar der Feuchte-Messgrößen

Absolute Feuchte
Die absolute Feuchte gibt das Gewicht des Wasserdampfes an, das in einem m3 Luftwasserdampfgemisch enthalten ist.

Enthalpie
Die Enthalpie gibt an, wieviel Wärme in der feuchten Luft gespeichert ist. Dieser Wert ist wichtig zur Berechnung von Kühl- und Erwärmungsleistungen z. B. bei der Überprüfung von Wärmetauschern.

Mischungsverhältnis
Die absolute Feuchte bezogen auf 1 kg trockene Luft.

Relative Feuchte
Die relative Feuchte gibt an, wieviel Prozent der Luft wasserdampfgesättigt ist, d. h. wieviel Prozent der maximal möglichen Wasserdampfmenge momentan in der Luft vorhanden ist. Wegen der Temperaturabhängigkeit kann die relative Feuchte immer nur für eine bestimmte Temperatur angegeben werden.

Sättigungsdampfdruck
Luft kann immer nur eine gewisse Höchstmenge an Wasserdampf enthalten. Dieser wird als Sättigungsdampfdruck bezeichnet und in g Wasserdampf pro kg feuchter Luft angegeben. Der Sättigungsdampfdruck hängt stark von der Lufttemperatur ab. Bei tiefen Temperaturen ist er klein, bei hohen groß. Warme Luft kann demnach viel, kalte nur wenig Wasserdampf aufnehmen.

Taupunkt
Der Taupunkt ist diejenige Temperatur, bei der die relative Feuchte gleich 100% ist. Wird der Taupunkt unterschritten, kondensiert der Wasserdampf aus.

Wasserdampf-Partialdruck
Der durch den Wasserdampf bestimmte Gesamtdruck im Raum.