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Prümm Feuchtemesstechnik

Vertrieb von Feuchtemessgeräten
 

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Beratung zur Feuchtemesstechnik
 



Feuchtemessung in Gasen – Bestimmung einer Prozess- und Umweltgröße

Neben der Temperatur und dem Druck ist auch die Gasfeuchte eine wichtige Prozessgröße. In der Meteorologie gehört die Angabe der Feuchte zum Standard der Wetterbeschreibung. Die Feuchtemessung erfolgt mit Geräten, die verschiedene physikalische Effekte zur Bestimmung der Gasfeuchte ausnutzen.

Feuchtemessgeräte – eine Einteilung nach VDI/VDE 3514, Blatt 2

Grundsätzlich werden zwei verschiedene Gruppen von Feuchtemessgeräten unterschieden:

  • Feuchtemessgeräte zur Messung einer absoluten Feuchtekenngröße wie die Masse des Wassers, die Taupunkttemperatur oder den Dampfdruck
  • Feuchtemessgeräte zur Messung der relativ zum Sättigungszustand vorhandenen Feuchte

Zur ersten Gruppe gehören Geräte, die nach dem gravimetrischen Verfahren, dem Kondensationsverfahren, den spektroskopischen Verfahren, kapazitiven Verfahren mit Metalloxiden, Schwingquarzverfahren, faseroptischen Verfahren und elektrolytischen Verfahren arbeiten.

Zur zweiten Gruppe gehören Geräte, die nach psychrometrischen Verfahren, dem Leitfähigkeitsverfahren, dem kapazitiven Verfahren mit Polymeren und dem Farbwechselverfahren arbeiten

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass im Folgenden nur solche Verfahren und Messgeräte näher beschrieben werden, die zum Lieferumfang der Firma Prümm Feuchtemesstechnik gehören.

 

Kondensationsverfahren (optische Taupunktspiegel)

Diese sind in der Gruppe der absolut messenden Feuchtemessgeräte die bekanntesten. Mit ihnen wird die Taupunkttemperatur direkt gemessen. Taupunktspiegel umfassen einen weiten Messbereich von der Spurenfeuchte bis zur Hochfeuchte. Als Kalibriernormal werden Taupunktspiegel sowohl in den betrieblichen als auch in den öffentlichen Kalibrierlaboratorien verwendet. Wenn die Taupunktspiegel mit Sensoren zur Messung der Gastemperatur und des Druckes kombiniert werden, können andere Feuchtekenngrößen berechnet werden. Neben den Taupunktspiegeln gibt es noch andere Feuchtemessgeräte, die nach dem Kondensationsverfahren arbeiten, jedoch die Kondensationsbildung nicht optisch über die direkte Reflektion eines Lichtstrahles erfassen, sondern andere physikalische Effekte nutzen.

 

Kapazitive Verfahren

Transmitter mit Polymersensoren
Diese sind im Bereich der meteorologischen Feuchtemessung, der Klimatechnik und in industriellen Bereichen sehr verbreitet. Die primäre Messgröße von Polymersensoren ist die relative Feuchte. Es gibt in dieser Gruppe sehr preisgünstige Massenware aber auch Transmitter mit ausgeklügelten Ergänzungstechniken. Durch die Kombination des Polymersensors mit einem Temperatursensor sind die Transmitter sehr vielseitig verwendbar, da die Berechnung verschiedener Feuchtekenngrößen ermöglicht wird.

Transmitter mit Aluminiumoxidsensoren
Diese gehören zur Gruppe der kapazitiven Sensoren. Das elektrische Verhalten des als Kondensator ausgelegten Sensors wird durch die Anlagerung von Wassermolekülen verändert. Transmitter mit Aluminiumoxidsensoren werden hauptsächlich in der Prozessüberwachung bei geringen bis mittleren Gasfeuchten verwendet. Die Bauart der Aluminiumoxidsensoren erlaubt eine preisgünstige Feuchtemessung einer absoluten Feuchtekenngröße. Kombinationen des Feuchtesensors mit Temperatur- und Drucksensoren führen zu Transmittern mit umfangreichen Messmöglichkeiten und Berechnung verschiedener Feuchtekenngrößen.

 

Spektroskopische Verfahren>

Dioden Laser
Spektroskopische Verfahren basieren auf der Wechselwirkung einer Substanz mit elektromagnetischer Strahlung. Wasser besitzt ein wohldefiniertes Spektrum mit zahlreichen Absorptionslinien.
Bei den TDLAS Lasern (Tuneable Diode Laser Absorption Spectroscopy) lässt sich die Frequenz des Lasers durch Variation der Temperatur und /oder des Stromes durchstimmen. Der Laser kann somit ein schmalbandiges Emissionsspektrum erzeugen, das mit einer ausgewählten Absorptionslinie des Wassers wechselwirken kann. Direkt nach dem Durchgang der Laserstrahlung durch das Probengas wird die Änderung der Strahlenintensität infolge der Absorption mittels eines Detektors gemessen.

 

Faseroptischer Sensor
Beim Dünnschicht-Fabry-Perot-Interferometer mit feuchtesensitiven Materialien unterschiedlicher Brechzahl wird die Veränderung des Interferenzmusters bei der Veränderung des Wassergehaltes des Messgases mittels eines Polychromator-Spektrometers gemessen.

 

Elektrolytisches Verfahren

Der Elektrolytische Sensor beruht auf der extremen Affinität von Phosphorpentoxid gegenüber Wasser und der Zersetzung dieses Wassers durch Anlegen einer elektrischen Spannung (elektrolytische Zersetzung). Der entstehende Elektrolysestrom ist nach dem Faraday´schen Gesetz proportional der vom Phosphorpentoxid aufgenommen Wassermenge. Elektrolytische Sensoren können nur bei Spurenfeuchtemessung eingesetzt werden. Zum Teil sind Elektrolytische Sensoren aufgrund ihrer Bauweise und verwendeten Materialien auch in aggressiven Gasen verwendbar.

 

Psychrometrisches Verfahren

Eine befeuchtete Oberfläche kühlt durch Verdunstung des auf ihr befindlichen Wassers ab. Die Verdunstung und damit die Temperaturabsenkung sind vom Feuchtegehalt des an der Oberfläche vorbeiströmenden Gases abhängig. Ist der Feuchtegehalt des an der Oberfläche vorbeiströmenden Gases gering, so sind die Verdunstung und damit die Temperaturabsenkung groß. Aus der Messung der Temperatur des feuchten Gases und der Messung der Temperatur an der Verdunstungsfläche kann auf den Wasserdampfdruck geschlossen werden. Psychrometer werden in der Industrie, der Meteorologie und zur Regelungszwecken verwendet. In der Ausführung als Prallstrahlpsychrometer sind sie für die Feuchtemessung in mit Schmutz und aggressiven Stoffen belasteten Gasen geeignet.

 

Schwingquarzverfahren

Durch eine Wechselspannung wird ein Quarz zu mechanischen Schwingungen angeregt. Diese werden maximal, wenn die Frequenz des elektrischen Feldes mit der Eigenfrequenz des Quarzes übereinstimmt (Resonanz). Durch eine Oberflächenbeschichtung des Quarzes mit einer hygroskopischen Substanz wird die Masse des Quarzes durch Aufnahme von Wasser verändert. Dadurch verändert sich seine Eigenfrequenz. Diese Veränderung ist ein Maß für den Wassergehalt des Messgases.

 

Transmitter mit Zirkonoxidsensor

Der Sauerstoffgehalt eines Gases verändert sich mit dem Wassergehalt. Wird der Sauerstoffanteil gegenüber einem Referenzgas (trockene Luft 21 %) bestimmt, so kann auf den Wassergehalt geschlossen werden.

Diese Kurzbeschreibungen der verschiedenen Verfahren zur Feuchtemessung werden in der VDI/VDE- Richtlinie 3514 Blatt 2: 2013-03, ausführlich dargestellt. Bezug: Beuth-Verlag, Berlin

 

Tabelle: Gegenüberstellung der Messverfahren (Auszug aus VDI/VDE-Richtlinie 3514 Blatt 2: 2013-03;   Bezug: Beuth-Verlag, Berlin

Messverfahren Messbereich

Einsatzbereich
Temperatur und
Druck

Reproduzier-
barkeit
Primäre Messgröße
Kondensationsverfahren  
Optisches Taupunkt-Hygrometer (Taupunktspiegel) (-95...95) °C (-40...105) °C
bis 10 MPaa)
hoch
(mittel)
absolut
Kapazitive Verfahren
Polymersensoren (0...98) % (100 %) (-70...180) °C
(200 °C)
bis 10 MPa
mittel relativ
Metalloxidsensoren (-80...30) °C (-40...35) °C
bis 45 MPa
niedrig absolut
Spektroskopisches Verfahren
Laser-Absorptions- spektroskopie (-90...-10) °C (-70...200) °C
bis 30 MPa
hoch absolut
Faseroptische Sensoren (-80...20) °C (-50...100) °C
bis 25 MPa
mittel absolut
Sonstige Verfahren
Elektrolyseverfahren (Coulometrisches Verfahren) —80...-15) °C (0...60) °C
bis 10 MPa
mittel absolut
Psychrometrisches Verfahren (5...100) % >(5...100) °C
metrologischer
Druckbereich
mittel
(hoch)
relativ
Schwingquarzverfahren (< —90...-10) °C Umgebunga) hoch absolut
Zirkonoxidsensor (0...98) °C (0...300) °C
Umgebungsdruck
mittel absolut

a) Bei Vorliegen extremer Messbedingungen (Temperatur, Druck oder Gasfeuchte) ist eine Gasaufbereitung oder Probenahme erforderlich.