HTU31 Sensoren für die Feuchtigkeitskontrolle in gewerblichen und häuslichen Umgebungen

Whitepaper

Bedeutung der Feuchtigkeits-kontrolle

Erfahren Sie mehr über die Bedeutung der Feuchtigkeitskontrolle in gewerblichen und häuslichen Umgebungen und die Rolle, die Sensorprodukte dabei spielen.

EINFÜHRUNG

Unter Feuchtigkeit versteht man den Wasserdampfgehalt in der Luft (oder einem anderen Gas). „Feuchtigkeit“ ist ein allgemeiner Begriff, mit dem die Menge an Wasserdampf im Gas oder in der Atmosphäre gemessen wird. Wasserdampf spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Qualität und Wirksamkeit von Produkten und Technologien, die täglich verwendet werden und für unser Dasein unerlässlich sind. Für Hersteller in einer Vielzahl von Branchen ist es wichtig zu wissen, wie präzise Feuchtigkeitsmessungen funktionieren und welche Rolle Sensorprodukte dabei spielen.

Präzise Feuchtigkeitsmessungen sind entscheidend, um Signalschwächung und Beschädigungen an häufig verwendeten Produkten wie Holz, Metalle, Lebensmittel, Pharmazeutika, Kraftstoffe, Papierprodukte und elektronische Komponenten zu vermeiden, sowie um die Gesundheit und Produktivität der Mitarbeiter aufrechtzuerhalten. Eine genaue Feuchtigkeitskontrolle ist aus vielen Gründen wichtig. Probleme können sowohl durch eine zu hohe als auch durch eine zu niedrige Feuchtigkeit auftreten. Die heutigen HLK-Anlagen nutzen eine Vielzahl von Geräten und Techniken zur Überwachung und Kontrolle von Temperatur und Feuchtigkeit sowie zur Kontrolle der Luftqualität in Innenräumen usw.

 

Unter Feuchtigkeit versteht man die Menge an Wasserdampf in der Luft. Dieser Gehalt kann sowohl absolut als auch relativ gemessen werden. Die absolute Feuchte ist die Masse an Wasser (MW) in einem Luftvolumen und wird häufig in g/m3 angegeben. Die meisten Menschen sind besser mit dem Begriff der relativen Feuchte vertraut, definiert als die Menge an Wasserdampf in der Luft im Verhältnis zur maximalen Menge an Wasserdampf, die die Luft bei einer bestimmten Temperatur halten kann. Die relative Feuchte wird als einfacher Prozentsatz von 0 bis 100 % angegeben. Einen weiteren Begriff, den viele aus der Wettervorhersage kennen, ist der Taupunkt. Hierbei handelt es sich um die atmosphärische Temperatur (variierend nach Druck und Feuchtigkeit), unter der Wassertröpfchen zu kondensieren beginnen und sich Tau bilden kann.

ABBILDUNG 1. MAXIMALE FEUCHTIGKEIT VERSUS LUFTTEMPERATUR

Der maximale Feuchtigkeitsgehalt der Luft hängt von der Lufttemperatur (und dem Druck) ab, wie in der Grafik zu sehen ist. Bei höheren Temperaturen kann die Luft mehr Feuchtigkeit aufnehmen. Das ist auch der Grund, warum sich Sommertage an vielen Orten „heiß und klebrig“ anfühlen und die Außenluft bei hohen Taupunkten unangenehm ist.

 

Die meisten Menschen sind zumindest ein wenig vertraut mit den Problemen durch eine hohe Luftfeuchtigkeit in Innenräumen. Eine zu hohe Feuchtigkeit in Innenräumen kann zahlreiche Folgen haben: schlechte Raumluftqualität, Schimmel- und Mehltauwachstum, geringere Produktivität in industriellen Umgebungen und schlechtere Schlafqualität in Wohnumgebungen, erhöhte Asthma- und Allergiesymptome, verzogenes Hartholz und Möbel, belastete HLK-Anlagen und höhere Stromrechnungen.

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ABBILDUNG 2. ESD-FUNKEN ÜBER ELEKTRONISCHEN KOMPONENTEN

Andererseits gibt es auch viele Probleme im Zusammenhang mit trockener Luft oder einer zu niedrigen Innenfeuchte, doch diese sind in der Regel weniger bekannt. In diesem Fall können Schwierigkeiten bei der Verarbeitung und Handhabung vieler Materialien in Fabriken und Industrieumgebungen, elektrostatische Entladung sowie auch Probleme hinsichtlich Gesundheit und Wohlbefinden der Menschen auftreten. Viele hygroskopische Materialien wie Papier, Leder, Bücher, Gemälde und Holzprodukte benötigen ein gewisses Maß an Feuchtigkeit in der Luft, um Risse und Einrollen, Trockenfäule, Versagen von Klebstoff, Verziehen und andere Effekte zu vermeiden. Die elektrostatische Entladung (Electro-Static Discharge, ESD) wirkt sich auf alles aus, von elektronischen Bürogeräten über Rechenzentren und Produktionsanlagen für Elektronik bis hin zu jeder Anlage, in der mit brennbaren Materialien umgegangen wird.

 

Der menschliche Körper besteht zu etwa 65 % aus Wasser und es ist entscheidend für unsere Gesundheit, eine Dehydrierung zu vermeiden. Es gibt zahlreiche menschliche Mechanismen, um den Flüssigkeitshaushalt im Körper aufrechtzuerhalten, und unsere Gesundheit sowie unser Wohlbefinden werden durch den Feuchtigkeitsgehalt der Raumluft erheblich beeinflusst. Unsere Haut, Augen und Atemwege benötigen eine angemessene Feuchtigkeit, um gesund zu sein und optimal zu funktionieren. Untersuchungen haben einen Zusammenhang zwischen niedriger Luftfeuchtigkeit und der Wahrscheinlichkeit einer Grippeübertragung ergeben. Die Studien haben gezeigt, dass eine höhere Luftfeuchtigkeit die Infektiosität des Influenzavirus reduziert. Unsere körpereigenen Abwehrkräfte sind bei einem RH-Wert (Relative Humidity, relative Feuchte) von 30 % stärker. Außerdem befinden sich bei einer höheren Luftfeuchtigkeit weniger infektiöse Grippe-Viren in der Luft und die Wahrscheinlichkeit der Grippeinfektiosität sinkt.

ABBILDUNG 3. UNTERSUCHUNGEN HABEN GEZEIGT, DASS DAS INFLUENZAVIRUS 1 STUNDE NACH DEM HUSTEN EINER PERSON BEI 7-23 % RH UM DAS 5-FACHE INFEKTIÖSER IST ALS BEI 43 % RH.

Aus gesundheitlicher Sicht sowie hinsichtlich des Wohlbefindens und der allgemeinen Gesamtproduktivität hat sich gezeigt, dass die Kontrolle eines adäquaten Luftfeuchtigkeitswerts (weder zu hoch noch zu niedrig) wichtig ist. Nicht nur für das menschliche Wohlbefinden gibt es optimale Feuchtigkeitswerte, sondern auch im Zusammenhang mit der bakteriellen Ausbreitung, Produktivität und vielem mehr. Studien für die Arbeitsumgebung kamen zu dem Schluss, dass die richtige Luftfeuchtigkeit die Produktivität durch höheres Wohlbefinden steigert, da sie Folgendes ermöglicht: 

 

•  geringere Belastung der Augen

•  geringere Belastung der Stimme

•  weniger Allergie- und Asthmasymptome

•  erhöhte Mitarbeiterleistung

•  geistige Klarheit

•  verbessertes Wohlbefinden („Humidex“)

 

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FEUCHTIGKEITSMESSUNG IN HLK-ANLAGEN

HLK-Anlagen sind eine Weiterentwicklung von Systemen, die lediglich die Temperatur kontrollierten – Heizung oder Kühlung oder beides – hin zu Systemen, die nicht nur die Temperatur, sondern auch die Feuchtigkeit, Luftqualität und vieles mehr überwachen und steuern. Fast alle neueren Systeme überwachen den Feuchtigkeitswert und zeigen diesen an, und viele der heutigen Anlagen, insbesondere in Industrieumgebungen, können auch das RH-Niveau im Gebäude steuern. Kühlsysteme extrahieren naturgemäß Feuchtigkeit aus der Luft, sind aber von selbst nur wirksam, wenn die Anlage die Kühlung aktiviert. Um effizient und effektiv für ein gleichbleibend optimales Raumklima zu sorgen, enthalten viele HLK-Anlagen jetzt spezifische Komponenten für die Be- und Entfeuchtung.

 

Feuchtigkeitssensoren spielen nicht nur bei der Überwachung der Luftfeuchtigkeit im Innen- und Außenbereich eine Schlüsselrolle, sondern sind auch wichtige Komponenten bei der Überwachung und Steuerung der Geräte, die zur Änderung der Feuchte verwendet werden. Feuchtigkeitssensoren wurden von einfachen resistiven Geräten mit begrenzter Reichweite und Genauigkeit zu umfassenden digitalen Modellen weiterentwickelt, die sowohl die Temperatur als auch die Luftfeuchtigkeit unter den unterschiedlichsten Bedingungen mit hoher Genauigkeit und einer geringen oder gegen Null gehenden Verschiebung messen können.

 

ABBILDUNG 4. NAHAUFNAHME EINER HLK-ANLAGE

FEUCHTIGKEITS- UND TEMPERATURSENSOREN

TE Connectivity (TE) hat den neuen HTU31 eingeführt: Ein digitaler Kombinationssensor für die Oberflächenmontage mit Ausgangssignalen für Feuchtigkeit und Temperatur, in einem 2,5 x 2,5 x 0,9 mm-Gehäuse. Diese individuell kalibrierten, hoch präzisen Sensoren sind für die Nachverfolgbarkeit serialisiert und bieten eine typische Genauigkeit von ±2 % für die relative Feuchte und ±0,2 °C für die Temperatur. Sie verfügen über ein kompaktes 6-poliges Gehäuse in DFN-Ausführung, bieten eine schnelle Reaktionszeit und haben einen typischen Stromverbrauch von nur 3,78 W. Die Sensoren sind sowohl im digitalen I2C-Format mit konfigurierbarer Adresse als auch als analoge Version mit einem 0,5-4,5 V-Ausgang verfügbar.

 

Neben dem HTU31 verfügt TE über eine breite Palette weiterer Produkte für die Feuchtigkeitsmessung, darunter die HTU2x Serie digitaler Feuchtigkeits- und Temperatursensoren, die Feuchtigkeits- und Temperaturmodule HTU35 und HTU38, der Feuchtigkeits-Temperaturtastkopf und der Feuchtigkeitstastkopf HM und HTM sowie das Feuchtigkeitselement HS1101LF. Die Feuchtigkeitssensoren von TE nutzen eine patentierte kapazitive Sensortechnologie, die die relative Feuchte über den gesamten 0-100 %-RH-Bereich erfasst, schnell auf sich ändernde RH-Werte reagiert und sich rasch von Betauung erholen kann. Die meisten verfügen über einen Temperatursensor, der eine direkte Berechnung des Taupunktes sowie die Möglichkeit zur Temperaturüberwachung in einem Raum oder Gehäuse ermöglicht.

 

Ebenso wie bei der Elektronik im Allgemeinen geht auch bei Sensoren die Entwicklung in Richtung kleinere Abmessungen, erhöhte Genauigkeit, komplett digitale Ausgänge und niedriger Stromverbrauch. Ein niedriger Stromverbrauch ermöglicht es, Sensoren in einer breiteren Palette an Anwendungen einzusetzen, auch mit Batteriebetrieb. Sensoren mit einer kleinen Größe können näher am Einsatzort platziert werden und somit schneller auf sich ändernde Bedingungen reagieren.

 

ABBILDUNG 5. HTU31 DIGITALER FEUCHTIGKEITS- UND TEMPERATURSENSOR

TE Connectivity bietet Sensorlösungen zur Messung und Regulierung von Druck, Temperatur, Position, Pegel und anderen Parametern, die in HLK-Anwendungen wichtig sind.

DRUCKSENSOREN IN HLK-ANLAGEN

TE verfügt über eine der umfassendsten Produktreihen an Drucksensoren, darunter:

 

•  Produkte für die Oberflächenmontage zur Messung von Luftdruck und Höhe 

•  Drucksensoren für die Leiterplattenmontage zur Messung sehr niedriger bis mittlerer Luft- und Gasdrücke

•  Module für eine Reihe von Drücken für HLK-Anlagen sowie Diagnosegeräte

•  Druckmessumformer für Kältemittel und weitere Drücke in Kältemaschinen, Wärmepumpen und anderen rauen Umgebungen

 

Dank der kürzlichen Übernahme von Silicon Microstructures Incorporated (SMI) bietet TE jetzt Sensoren für extrem niedrige Drücke an, die zur Überwachung von Filtern in Systemen mit forcierter Luftzirkulation sowie zur Überwachung/Regulierung des Luftstroms in VAV- und Zonensystemen eingesetzt werden können. Diese Drucksensoren werden in einem 16-poligen SOIC-Gehäuse angeboten, das für die Oberflächenmontage geeignet ist. 

 

ABBILDUNG 6. NIEDERDRUCK-SENSOR SM9000 VON TE CONNECTIVITY FÜR DIE LEITERPLATTENMONTAGE

TEMPERATURSENSOREN IN HLK-ANLAGEN

TE bietet auch eine breite Palette an eigenständigen Temperaturmesstechnologien an, die zur Überwachung/Steuerung der Lufttemperatur in Industrie- und Wohnumgebungen eingesetzt werden können, sowie robuste Temperaturtastköpfe und Baugruppen für Umgebungen mit hoher Feuchtigkeit, z. B. in Steuerungssystemen für Wärmepumpen und einer Vielzahl anderer HLK-Anlagen.

ABBILDUNG 7. TEMPERATURSENSOREN VON TE CONNECTIVITY FÜR HLK-ANWENDUNGEN

Zu den Temperaturtechnologien gehören NTC-Thermistoren, Platin-RTDs, Thermoelemente, Thermosäulen und digitale Temperatursensoren. Die Gehäuse reichen von einem neuen, komplett digitalen TSYS03 in einem ultrakompakten XDFN6-Gehäuse, das nur 1,5 Quadratmillimeter x 0,38 mm einnimmt, mit einer Genauigkeit von 0,5 °C von 0 °C bis 60 °C, bis hin zu umspritzten NTC-Thermistorbaugruppen, die speziell für hochfeuchte und Frost-/Tauanwendungen entwickelt wurden, typisch für die Umgebungen von HLK-Anlagen.

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FEUCHTIGKEIT IN INNENRÄUMEN

Unsere Innenräume werden immer komfortabler und effizienter, da Heizungs‑, Belüftungs‑ und Klimatechniksysteme durch eine wachsende Anzahl an innovativen Technologien und Sensoren überwacht und reguliert werden. Während die Temperatur der Umgebungsparameter ist, den die Menschen in der Regel zuerst bemerken, ist die Luftfeuchtigkeit in Industrie- und Wohnumgebungen entscheidend für eine langfristige Gesundheit und das Wohlbefinden der Menschen – ob bei der Arbeit oder zu Hause. Die Feuchtigkeitsmessung und -kontrolle ist auch für viele Materialien und Prozesse in der Fertigungsumgebung sowie für die Sicherheit von Geräten und Mitarbeitern wichtig. Der richtige Luftfeuchtigkeitsgrad ist entscheidend für die allgemeine Gesundheit und das Wohlbefinden der Menschen sowie für Ausrüstung und Produkte. Die Möglichkeiten zur Messung und Kontrolle von Feuchtigkeit werden ständig weiterentwickelt und Sensoren spielen dabei eine entscheidende Rolle.