Feuchtemessung in kondensierenden Umgebungen

Die Durchführung von Feuchtemessungen in Umgebungen mit hoher relativer Feuchte (über 90 %) ist immer problematisch, da die Umgebung nahezu gesättigt ist. Stellen Sie sich eine Prozessumgebung mit 60 °C und 95 % rF vor. Die entsprechende Taupunkttemperatur liegt bei 59 °C. Das bedeutet, dass der Wasserdampf auf jeder Oberfläche kondensiert, deren Temperatur bei 59 °C oder darunter liegt. Somit ist die Marge vor dem Einsetzen der Kondensation sehr gering. Nachfolgend werden die technischen Probleme beschrieben, die sich daraus bei der Durchführung der Messungen ergeben können.

• Wasser kann auf einer unbeheizten Sonde kondensieren, was auf Prozessbedingungen zurückzuführen ist, die sich aufgrund von Druckspitzen oder Temperaturschwankungen rasch ändern. Das kann zu Situationen führen, in denen genau dann keine gültigen Messdaten zur Verfügung stehen, wenn sie am dringendsten benötigt werden, nämlich bei einer Änderung der Bedingungen.
• Wenn die Temperatur bei Messanordnungen, bei denen sich der Sondenkopf jeweils zur Hälfte innerhalb und außerhalb der Prozessumgebung befindet, außerhalb der Prozessumgebung niedriger ist als innerhalb, kühlt sich die Sonde auch auf der Prozessseite ab. Dadurch kann es zu einer Kondensation kommen, die eine Störung der Messung zur Folge hat.

Ähnliche Probleme wie diese beiden treten bei vielen Anwendungen mit hoher Feuchte auf. So können beispielsweise Messungen im Außenbereich durch Nebel, Sprühregen, Regen oder starken Tau gestört werden. Es ist entscheidend, gültige Messdaten und maximale Sensorfunktion auch dann noch zu gewährleisten, wenn die Umgebung den Sättigungspunkt annähernd oder tatsächlich erreicht hat.

Um diesen Problemen gerecht zu werden, hat Vaisala Technologien für beheizte Sonden und Sensoren entwickelt.

Beheizte Sonden

Beheizte Sonden gewährleisten selbst in Umgebungen mit 100 % relativer Feuchte noch zuverlässige und genaue Feuchtemessungen, wenn unbeheizte Feuchtesensoren versagen. Diese Technologie kommt in Produkten von Vaisala wie beispielsweise der intelligenten Sonde HMP7 und dem stationären Messwertgeber HMT337 zum Einsatz, die speziell für Umgebungen mit hohem Feuchtegehalt entwickelt wurden. Diese Produkte verfügen über eine Kombination aus Feuchtesensor und verbundenem Temperatursensor. Dank dem Kombisensors sind relative Feuchte und Temperatur des Sensors jederzeit bekannt. Die Feuchtesonde mit dem Kombisensor ist mit einem Heizelement ausgestattet. Durch das Beheizen wird nicht nur der Sensor, sondern die gesamte Sonde (einschließlich Filter) auf einer Temperatur gehalten, die einige Grad über der Umgebungstemperatur liegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass auf dem Sensor kein Wasser kondensiert. Dies gilt selbst dann noch, wenn die Messumgebung bereits die Taupunkttemperatur (100 % rF) erreicht hat. Die Taupunkttemperatur des Kombisensors kann anhand der gemessenen Werte für relative Feuchte und Temperatur berechnet und direkt als Messgröße verwendet werden.

Falls eine Messung der relativen Feuchte oder eines anderen Feuchteparameters erwünscht ist, muss der Messwertgeber HMT337 mit einer separaten Temperatursonde ausgestattet werden, die in derselben Messumgebung wie die Feuchtesonde installiert wird. Dies ist erforderlich, weil die relative Feuchte ein temperaturabhängiger Parameter ist und eine Sondenbeheizung die Messung der relativen Feuchte stören würde. Mithilfe des Taupunkt- und des Temperaturwerts kann die relative Feuchte über die zusätzliche Temperatursonde berechnet werden.

Technologie zur Sensorvorheizung

Die Sensorvorheizung ist eine weitere Heizfunktion, die in bestimmten Produkten von Vaisala zur Feuchtemessung verfügbar ist. Die Sensorvorheizung heizt den Sensor standardmäßig in etwa 30 Sekunden auf 100 °C auf, wobei sowohl die Heiztemperatur als auch die Dauer der Beheizung definiert werden können. Anders als bei einer beheizten Sonde wird die Beheizung durch direktes Erwärmen des in den Feuchtesensor eingebauten Temperatursensors erreicht. Obwohl das deutlich schneller geht als die Beheizung der gesamten Sonde, muss die Messung für die Dauer der Erwärmung und der anschließenden Abkühlung des Sensors auf seine Betriebstemperatur unterbrochen werden. Dieser Vorgang dauert üblicherweise etwa eine bis zwei Minuten. Während dieser Zeit wird in der Ausgabe und auf dem Display des Messgeräts die letzte gültige Messung beibehalten. Die Sensorvorheizung kann so konfiguriert werden, dass sie ab einem bestimmten Feuchtewert automatisch aktiviert wird.

Ein maximaler Schutz vor Kondensation lässt sich erreichen, indem die Sensorvorheizung in Kombination mit einer beheizten Sonde eingesetzt wird. Man kann die Sensorvorheizung als Schutzmechanismus gegen schnell steigende Feuchtewerte betrachten, durch die der Sensor betaut werden könnte. Sie beschleunigt aber auch die Wiederherstellung nach einer Kondensation.*

Sensorreinigung

Zusätzlich zur beheizten Sonde und zur Sensorvorheizung ist in bestimmten Vaisala-Produkten zur Feuchtemessung eine dritte Methode zur Beheizung verfügbar. Die Sensorreinigung unterstützt die Korrektur einer möglichen langfristigen Drift und verlängert das erforderliche Kalibrierintervall in Umgebungen, in denen gasförmige chemische Verunreinigungen vorkommen. Lösungsmittel auf Kohlenwasserstoffbasis, Reinigungschemikalien und Sterilisationsmittel sind Beispiele für Substanzen mit einer Tendenz, in Sensoren einzudringen. Sie alle können mit der Reinigungsfunktion entfernt werden. Bei der Sensorreinigung verdampfen die störenden Chemikalien, indem der Sensor rasch auf bis zu 160–180 °C erwärmt wird, wobei das Temperaturelement des Sensors als Heizelement verwendet wird. Der chemische Reinigungszyklus dauert etwa sechs Minuten und besteht aus einer Aufheiz- sowie einer Stabilisierungsphase. Sobald sich die Sensortemperatur wieder auf dem Niveau vor der Reinigung stabilisiert hat, kann der Sensor wieder in den normalen Messbetrieb übergehen. Die Messwerte des Feuchtemessgeräts sind während der Sensorreinigung „eingefroren“.

Zusammenfassung der Beheizungsmethoden

Sehen Sie sich für weitere Informationen das On-Demand-Webinar „Measuring Humidity in Condensing Environments" (Feuchtigkeitsmessung in kondensierenden Umgebungen) an.