Vergleich der Messverfahren

<bibimport /> Autor: Hans-Jürgen Schwarz

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Abstract

Ein Kriterium für die Brauchbarkeit eines Sensors ist neben der Genauigkeit des Messwertes sein Zeitverhalten und seine Übergangsfunktion.

Das Zeitverhalten für die meisten Sensoren wird in erster Linie durch die Wassermenge bestimmt, die er zur Gleichgewichtseinstellung benötigt, und von der Zeit, in welcher diese Wassermenge in den Fühler hinein diffundiert. Da diese Wassermenge von der umgebenden Luft bereitgestellt bzw. abgeführt werden muss, spielt auch die Luftmenge, von welcher der Sensor angeströmt wird, ein Rolle.

Weil die Diffusionsgeschwindigkeit eine Funktion der Temperatur ist, wird ein Sensor mit abnehmender Temperatur immer langsamer reagieren. Für Fühler nach anderen Messprinzipien, wie der Taupunktspiegel, gelten andere Faktoren.

Filter erschweren den Gasaustausch zusätzlich. Bei einer Filtergröße unter 5 - 8 µm findet kein direkter Gasaustausch mehr statt, sondern nur noch Gasdiffusion.

In der Tabelle sind die verschiedenen Messprinzipen überblickartig bewertet und Kriterien zum Einsatzbereich gegenübergestellt.

Tabelle 1: Vergleich der verschiedenen Feuchtemessverfahren (nach Weber 1995)

Name	Messprinzip			Eigenschaften	Messbereich	T-Bereich
Taupunktspiegel	Betauung eines gekühlten Spiegels	a	g	+ sehr genau - Preis, Verschmutzung	-40 - +50 °C Taupunkt	0 - 40 °C
kapazitiv (Al-Oxid)	Kapazitätsänderung	a	g,l	+ klein, preiswert, schnell - Drift, chem. empfindlich, Kalibrierung	-100 - +60 °C Taupunkt	0 - 70 °C
LiCl	Gleichgewichtstemperatur von LiCl	a	g	+ robust, fettunempfindlich - Dauerbetrieb erforderlich	12 - 100% rF	-10 - 50 °C
Infrarot	Absorption von Infrarotlicht	a	g,l,s	+ Feststoffe, berührungslos - Installation, Preis	0 - 30% Wassergehalt	-
Mikrowellen	Absorption von Mikrowellen	a	g,l,s	+ Feststoffe, berührungslos - Installation, Preis	1 - 1000 g/m²	-
Leitfähigkeit	Messung der elektrischen Leitfähigkeit	a	s	+ Feststoffe (Holz, Beton), Handgerät - Genauigkeit	6 - 100% Wassergehalt	-
Psychrometer	Temperaturunterschied feucht / trocken	r	g	+ robust - nicht wartungsfrei	0 - 100% rF	0 - 50 °C
Hygrometer	Längenänderung von Haar oder Kunststoff	r	g	+ direkte Anzeige, abspülbar - Genauigkeit, staubempfindlich	0 - 100% rF	-30 - 110 °C
kapazitiv	Kapazitätsänderung von Polymeren	r	g	+ Preiswert, klein, schnell - Drift, chem. empfindl., Kalibrierung	0 - 100%rF	-40 - 180 °C
elektrolytisch	Stromfluss durch Phosphoroxid	a	g	+ keine Kalibrierung, ppm Bereich - Durchflussmenge, Messbereich	5 - 1000 ppm	0 - 40 °C
resistiv	Widerstand einer hygrokopischen Schicht	r	g	+ Preis, großer Messeffekt,Hysterese - Betauung, Temperatureinfluss	30 - 90% rF	10 - 40 °C

a - absolut, r - relativ, g - in Gas, l - in Flüssigkeiten, s - in Feststoffen

Die Übergangsfunktion charakterisiert das Zeitverhalten eines Sensors und gibt z.B. eine t₅₀-Zeit an, in welcher 50% des Endwertes erreicht werden. Auch die Angabe eines t₉₀-Zeit zum Erreichen von 90% des Endwertes ist üblich (siehe Tabelle).

Tabelle: Zeitverhalten verschiedener Messverfahren (nach Weber 1995)

Typ	T50-Zeit	Sprungintervall
resistiv	< 60 s	30 / 80 % rF
kapazitiv	< 5 min	30 / 80 % rF
LiCl	< 5 min	-1 / 10 °C TP
Taupunktspiegel	< 60 s	-20 / 0 °C TP
elektrolytisch	< 30 min	0 / 100 ppm
Faser	< 10 min	10 / 90 % rF

bei Messgeräten: ihr Messprinzip beruht auf der Erfassung des elektrischen Widerstandes

ein Systemverhalten, das pfadabhängig ist, z.B. wenn das Feuchteverhalten eines Materials mit zunehmender oder abnehmender Feuchte gemessen wird.