Prsentation Sensorik und Aktorik Feuchtemessung Prsentation von Brosta

Präsentation Sensorik und Aktorik Feuchtemessung Präsentation von: Brosta Nico Marx Johannes Mai 2007 Blatt 1. 1 1

Inhalt Ø Definition der Luftfeuchte Ø Messprinzipien Ø Klassische Verfahren der Luftfeuchtemessung Ø Elektronische Verfahren der Luftfeuchtemessung Ø Kalibrierung von Hygrometern Ø Feuchtemessung an Bauteilen Ø Bauformen Ø Produkte auf dem Markt Mai 2007 Blatt 1. 2 2

Luftfeuchte § Absolute Luftfeuchte (gemessen in Masse / Volumen) - Masse des Wasserdampfes in einem bestimmten Volumen - Steigt bei Kompression der Luft, fällt bei Expansion der Luft § Relative Luftfeuchte (gemessen in %) - Verhältnis des momentanen zum maximalen Wasserdampfgehalt - Temperaturabhängig (siehe Tabelle) - Wird in Prozent angegeben § Taupunkt - Sättigungsgrenztemperatur bei Abkühlung Wird max. Wasserdampfgehalt überschritten, schlägt sich der überschüssige Wasserdampfgehalt in Form von Kondensat nieder Mai 2007 Blatt 1. 3 3

Tabelle relative Luftfeuchte/ Taupunkttemperatur Mai 2007 Blatt 1. 4 4

Messprinzipien Klassische Verfahren: (Absorbtionshygrometer) Beruht auf der Änderung von Stoffen bei Einwirkung von Feuchtigkeit. Z. B. Farbänderung oder Längenänderung. Psychrometrisches Prinzip: (Aspirationshygrometer) Ein Trocken- und ein Feuchtthermometer messen die Temperatur. Das Feuchtthermometer ist von einem feuchten Baumwollgewebe umgeben. Strömt die Luft mit mehr als 2 m/s an beiden Thermometern vorbei, misst das Feuchtthermometer eine niedrigere Temperatur (Verdunstungskälte). Aus dem Temperaturunterschied kann man die relative Feuchte bestimmen. Taupunktverfahren: Die Temperatur einer Fläche wird soweit abgekühlt bis sich darauf Feuchtigkeit absetzt. Mit der Kenntnis dieser Temperatur kann man absolute Feuchte bestimmen. Mai 2007 Blatt 1. 5 5

Absorptionshygrometer Haarhygrometer - misst relative Luftfeuchte - früher echte, meist blonde Haare - heute aus Kunstfasern - 3 – 5% Fehler - weißt bei trockener Umgebung schnell Alterserscheinungen auf Fehler dann 10% Mai 2007 Blatt 1. 6 6

Psychrometer (Aspirationshygrometer) - Misst relative Luftfeuchte - Luftzufuhr min 2 m/s Pro: - Sehr genau ~0, 5% Kontra: - 2 Thermometer werden benötigt - Man kann Feuchte nicht direkt ablesen - Dauer einer Messung 1 -2 Min Für Freilandmessung gibt es Schleuderpsychrometer Mai 2007 Blatt 1. 7 7

Taupunktspiegelhygrometer - Temperatur von Spiegel wird gesenkt, bis dieser beschlägt - Diese Temperatur entspricht Taupunkttemperatur - Aus dieser Temperatur kann man die relative Luftfeuchte bestimmen Pro: - Sehr hohe Genauigkeit bis ~0, 1% - Verändert Feuchtigkeitsgehalt nicht - kurze Ansprechzeit Kontra: - Sehr teuer - Spiegel muss regelmäßig gereinigt werden Mai 2007 Blatt 1. 8 8

Kapazitive Feuchtesensoren - Plattenkondensator mit Kunstoff-Polymerschicht als Dielektrikum - Untere Platte wird Polymerfilm in Dünnschichttechnik aufgebracht - Obere Kondensatorelektrode ist als dünner, dampfdurchlässiger Goldfilm aufgedampft - Diese Schicht kann Wassermoleküle einlagern - Je mehr Wasser eingelagert wird, desto höher ist die Kapazität - Messung der Kapazität über Strom bei hoher Frequenz Pro: hohe Genauigkeit - Wartungsfrei - Billig - kurze Ansprechzeit Kontra: - Temperaturkompensation notwenig - Wasser und Schadgas empfindlich Mai 2007 Blatt 1. 9 9

Resistive Sensoren bestehen aus einer dünnen Schicht eines hygroskopischen Polymers, auf das zwei ineinander greifende Kämme aus leitendem Material (Metall, Kohle) aufgedruckt sind. Gemessen wird der elektrische Widerstand, der sich mit dem Wassergehalt des Polymers verändert. Dieser Sensor braucht Wechselstrom um zu verhindern, dass durch elektrolytische Ionenwanderung das Messelement beschädigt wird. Es wird zunächst ein kurzer Spannungsimpuls gesendet und erst nach einer Pause erfolgt der umgekehrte Spannungsimpuls Gemessen wird, wie viel Strom bei jedem Spannungsimpuls fließt Resistive Sensoren sind ein wenig aus der Mode gekommen Mai 2007 Blatt 1. 10 10

Kalibrierung von Hygrometern 1. Salz etwa 3 mm hoch in ein Gefäß streuen 2. Gefäß mit Wasser auffüllen, Salz darf sich nicht komplett auflösen 3. Sensor über dem Wasser platzieren 4. Gefäß dann Luftdicht abschließen Salz relative Luftfeuchtigkeit [%] bei einer Temperatur von. . . °C 5 Natriumchlorid Löslichkeit bei 20°C 3) [g / 100 g H 2 O] 10 15 20 25 30 76 75 75 36, 0 Magnesiumchlorid 33 33 33 54, 4 Natriumiodid 45 43 41 40 38 37 177, 8 Kaliumnitrat 97 96 94 93 92 91 31, 5 Ammoniumsulfat 82 82 81 81 81 75, 3 Lithiumbromid 8 7 7 6 6 159, 6 43 43 Kaliumcarbonat Mai 2007 43 Blatt 1. 11 110, 6 11

Gegenüberstellung der Messverfahren Mai 2007 Blatt 1. 12 12

Feuchtemessung an Bauteilen Widerstandsfeuchtemessung: - 2 Elektroden werden in Bauteil gedrückt - Widerstand zwischen Elektroden wird gemessen - Auswertung des Widerstands unter Berücksichtigung des Materials Pro: - Schnell und einfach Kontra: - Sehr ungenau - Beschädigung der Oberfläche Mai 2007 Blatt 1. 13 13

Kapazitive Feuchtemessung - Muss bündig auf Oberfläche aufgelegt werden - Rohdichte des Material muss bekannt sein - ist für Holz und mineralische Baustoffe geeignet Infrarot Feuchtemessung (selten verwendet) Das zu vermessende Objekt wird mit einer Halogenlampe bestrahlt. Ein Lichtbündel wird über verschiedene Filter geleitet, welche an die Absorptionsbanden des Objekts angepasst sind. Über einen IR -Detektor werden die Signalpegel in den bestimmten Spektralbereichen erfasst. Bei jedem Feuchtigkeitsgehalt tritt jetzt eine typische Signatur der Signalpegel auf Mai 2007 Blatt 1. 14 14

Radiometrisches Neutronenmessverfahren - Prinzip der Neutronenbremsung - Neutronen werden beim auftreffen auf Wasserstoffkern langsamer - Der Bremsvorgang lässt sich elektronisch Auswerten - gute Ergebnisse bis 20 cm Tiefe Kontra: - Radioaktives Material wird benötigt ÞExtra Ausbildung des Bedieners ÞTransportgenehmigung muss vorhanden sein Mai 2007 Blatt 1. 15 15

Mikrowellen-Feuchtemessung - Prinzip der Messung des Energieverlustes - Flüssigkeit wird von außen bis zur Resonanz angeregt - Bei Resonanz zeigen flüssige Stoffe ihr Max. an Absorption In Holz z. B. lässt sich so der Wassergehalt bis 25 cm Tiefe bestimmen. Pro: - Sehr Schnell - Feuchte lässt sich direkt am Laptop ablesen Kontra: - Sehr teuer - Gesundheitsgefährlich Mai 2007 Blatt 1. 16 16

Gravimetrische Feuchtemessung (Darr-Methode) - Probe wird zuerst gewogen - Trocknung bei 105°C, Dauer etwa 24 h ÞWasser in Probe entweicht - Erneutes wiegen Pro: -Sehr genau Kontra: - Lässt sich nicht direkt an Baustelle verwenden - zerstörendes Prüfverfahren - lange Dauer der Messung Mai 2007 Blatt 1. 17 17

Bauformen Mai 2007 Blatt 1. 18 18

Angebote auf dem Markt Haarhygrometer (Metallbandhygrometer) - Messung über Präzisions Synthetikhaar - Messbereich: 20 -90 % relative Feuchtigkeit - herstelleroptimiert für höchste Genauigkeit bei 65 -75% relative Feuchtigkeit Preis: 14€ Mai 2007 Blatt 1. 19 19

Angebote auf dem Markt Mai 2007 Blatt 1. 20 20

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