Messprinzipien für Feuchte

Unter der relativen Feuchte versteht man das Verhältnis der tatsächlich enthaltenen, zur maximal möglichen Masse des Wasserdampfes in der Luft. Die relative Feuchte wird üblicherweise in Prozent angegeben.

Es gilt:  

Anmerkung: Da die maximale Feuchte temperaturabhängig ist, ändert sich mit der Temperatur die relative Feuchte, auch wenn die absolute Feuchte konstant bleibt.

Absolute Feuchte
Einheit: g/m³

Unter absoluter Feuchte f_abs versteht man die in einer bestimmten Menge Luft tatsächlich enthaltene Wasserdampfmenge. Die absolute Feuchte ist das Verhältnis des Gewichtes des in der Luft enthaltenen Wassers und dem Rauminhalt dieser feuchten Luft.

Wasserdampfpartialdruck, Sättigungsdampfdruck
Einheit: hPa

Unter dem Sättigungsdampfdruck e_S(t) versteht man den maximal möglichen Druck des Wasserdampfes bei einer bestimmten Temperatur. In untenstehendem Diagramm ist der Sättigungsdampfdruck des Wassers in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt. Der Wasserdampfpartialdruck e(t) variiert zwischen 0 (trockene Luft) und 30hPa. Die Obergrenze ist durch den Sättigungsdampfdruck bestimmt.

Sättigungsfeuchte, maximale Feuchte, Sättigungsmenge
Einheit: g/m³

Unter der maximalen Feuchte f_max versteht man die bei einer bestimmten Temperatur in einem Kubikmeter Luft maximal mögliche Wasserdampfmenge. Das Feuchteaufnahmevermögen der Luft steigt mit ansteigender Temperatur. Wird die maximale Feuchte überschritten, so schlägt sich der überschüssige Wasserdampf in Form von Kondensat (Tröpfchenbildung) nieder.

Taupunkt
Einheit: °C, °F, K

Unter der Taupunkttemperatur t_tp versteht man die Temperatur, bei der die Abkühlung feuchter Luft zur Kondensatbildung führt. Das heisst, bei einer Abkühlung feuchter Luft bis zum Taupunkt steigt die relative Feuchte auf 100%.

Frostpunkt
Einheit: °C, °F, K

In manchen Abhandlungen spricht man bei Taupunkttemperaturen unter 0°C von der Frostpunkttemperatur. Andere Bezeichnungen sind auch Taupunkttemperatur über Eis bzw. Gefrierpunkt.

spezifische Enthalpie (Wärmeinhalt)
Einheit: kJ/kg

Unter spezifischer Enthalpie E_spez versteht man die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur eines Gases (oder Gasgemisches) bei konstantem Druck von einer Temperatur auf eine andere zu erhöhen.

oder:

Unter spezifischer Enthalpie versteht man die Wärmemenge, die in der Luftmasse relativ zu einem bestimmten Luftzustand vorhanden ist. Die Enthalpie der ungesättigten Luft ist die Summe der Enthalpie, um den enthaltenen Wasseranteil zu verdampfen, zuzüglich der Enthalpie, um das Wasser- Dampfgemisch auf die entsprechende Temperatur zu erwärmen.

Mischungsverhältnis
Einheit: g/kg

Als Mischungsverhältnis m bezeichnt man das Verhältnis der Wasserdampfmasse zur Masse der trockenen Luft.

Feuchtkugeltemperatur
Einheit: °C, °F, K

Als Feuchtkugeltemperatur t_F bezeichnet man bei der psychrometrischen Messung die von dem, mit einem Strumpf befeuchteten Thermometer ausgegebene bzw. angezeigte Temperatur. Aufgrund der Verdunstungskälte liegt diese Temperatur in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte unterhalb der Lufttemperatur.

Mechanische Feuchtemessung

Das mechanische Verfahren beruht auf der Ausdehnung bzw. dem Zusammenziehen von verschiedenen (meist organischen) Messelementen. Solche Messelemente sind beispielsweise: Haare, Durometer, Darmsaiten, etc.

Die am meisten eingesetzten Messelemente sind Haarelemente oder der sogenannte Durotherm, ein künstliches, feuchteempfindliches Messelement. Über ein Werk wird dann die Längenänderung des Messelementes auf den Zeiger übertragen.

Haarhygrometer bedürfen einer regelmässigen Wartung und Pflege. Zur Vermeidung des Austrocknens und damit einhergehender Drift müssen Haarhygrometer regelmässig regeneriert werden. Hierzu wird die Haarharfe mit einem, mit destilliertem Wasser befeuchteten Tuch umhüllt oder mit destilliertem Wasser besprüht, so dass eine Sättigung eintritt. Nach etwa einer Stunde stellt sich ein Messwert von ca. 98%rH ein. An den meisten Geräten kann über eine Stellschraube eine Einpunkt-Justage durchgeführt werden.

Psychrometer arbeiten mit zwei identischen, sehr genauen Thermometern, an denen die zu messende Luft in definierter Geschwindigkeit entlanggeführt wird oder die Luft ruht.

Das erste Thermometer misst die Temperatur der Umgebung, das zweite die sogenannte Feuchtkugeltemperatur. Dazu ist die Messspitze des Thermometers mit einem Baumwolldocht überzogen und mit destilliertem Wasser befeuchtet. Beide Thermometer befinden sich in einem Luftstrom bzw. in ruhender Luft und sind vor Strahlungswärme abgeschirmt. Durch die Verdunstungskälte sinkt am feuchten Thermometer die Temperatur, und zwar umso stärker, je trockener die Luft ist. Nach kurzer Zeit (1 - 2 min) bleibt die Temperatur am feuchten Thermometer konstant und es können die Messwerte am feuchten und trockenen Thermometer abgelesen werden. Mit diesen beiden Temperaturen kann die relative Luftfeuchte nach folgender Formel bestimmt werden:

wobei A die sogenannte Psychrometerkonstante ist. Diese hängt ab von der Strömungsgeschwindigkeit der Luft und ist in untenstehender Tabelle dargestellt.

Kapazitives Verfahren

Es gilt:  wobei e _r die Dielektrizitätskonstante des feuchteempfindlichen Kondensators ist.

Tauspiegelhygrometer

Ein sehr präzises Messverfahren zur Ermittlung der relativen Luftfeuchte sind sogenannte Taupunktspiegel, bei denen die Kondensation von Wasserdampf bei Taupunktunterschreitung ausgewertet wird. Die Temperatur einer verspiegelten Fläche (Spiegel) wird so weit abgekühlt, bis diese gerade anfängt zu beschlagen. Die in diesem Moment über ein Pt100-Widerstandsthermometer gemessene Temperatur entspricht der Taupunkttemperatur, aus der sich über den Sättigungsdruck mithilfe der gemessenen Lufttemperatur die relative Luftfeuchte berechnen lässt. Zur Kühlung wird ein Peltierelement eingesetzt, und die verspiegelte Fläche wird über optoelektronische Verfahren ausgewertet (siehe Skizze).

Im Gegensatz zu Psychrometern ändert sich der Feuchtegehalt der Atmosphäre durch die Messung fast nicht. Daher können Taupunktspiegelinstrumente auch in geschlossenen Systemen wie Klimaschränken eingesetzt werden.

Die Spiegel müssen regelmässig mit einer geeigneten Flüssigkeit, wie zum Beispiel Trichlorethan gereinigt werden.

Gegenüberstellung der verschiedenen Verfahren

[Die Informationen sind weitgehend unverändert von der Website www.lufft.de übernommen.]

Sonstige Feuchtemessverfahren

Hier eine Auflistung weiterer Feuchtemessverfahren (eingehendere Betrachtungen werden hier nicht durchgeführt):

• resistives Verfahren (Bestimmung der Impedanz des Wechselstromwiderstandes eines hygroskopischen Elementes)
• Lithiumchlorid-Taupunkthygrometer (Messverfahren, das auf der hygroskopischen Eigenschaft des Lithiumchlorid beruht)