8.1.3 Relative Luftfeuchte

Letztes Update 23.09.2002


8.1.3.1 Übersicht

Wasser ist als Wasserdampf oder Feuchte in der Luft enthalten, wenn es beim Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand verdunstet oder verdampft. Die Luft ist gesättigt, wenn sie die größtmögliche Menge an Wasserdampf aufgenommen hat. Je höher die Temperatur, desto mehr Wasserdampf kann sie aufnehmen. Sinkt die Temperatur unter einen Grenzwert (Taupunkt), dann wird das Zuviel des Wasserdampfes wieder abgegeben, es kondensiert.

Konstanten nach WMO

Symbol Größe

Einheit

Zahlenwert

TT

Lufttemperatur (Trockentemperatur)

°C

 

SP

Luftdruck auf Stationshöhe

hPa

 

SVP

Sättigungsdampfdruck

hPa

 

AH

Absolute Feuchte

g/m3

 

SAH

Sättigungsfeuchte

g/m3

 

VP

Wasserdampfpartialdruck

hPa

 

RH

Relative Feuchte

%

 

C1

Für T = 0 ... 100,9 °C

hPa

6,10780

C2

Für T = 0 ... 100,9 °C

 

17,08085

C3

Für T = 0 ... 100,9 °C

°C

234,175

RVAP

Gaskonstante für Wasserdampf

Nm/kg °C

461,51

1. Definition

Dampfdruck

Feuchte Luft ist eine Mischung aus Wasserdampf und trockener Luft, die seinerseits wieder aus Stickstoff, Sauerstoff und Spuren von Edelgasen besteht. Wenn mehrere Gase in einem Raum vorhanden sind, breiten sie sich nach dem Dalton'schen Geset gleichmäßig aus und nehmen dabei einen entsprechenden Teildruck an. Der Gesamtdruck im Raum (z.B. 1013 hPa) ist die Summe aus den einzelnen Teildrücken des Gaskomponenten.

Der Druck, den allein der Wasserdampf bildet, heißt Wasserdampfpartialdruck VP oder auch aktueller Dampfdruck.

Sättigungsdampfdruck

Die Luft ist inder Lage, bei einer bestimmten Temperatur, eine definierte Menge an Wasser aufzunehmen. Ist das Maximum der Aufnahmefähigkeit erreicht, wird der dabei resultierende Druck als Sättigungsdampfdruck bezeichnet.

Wird der gesättigten Luft weiterhin Wasserdampf zugeführt, oder sinkt die Temperatur, dann fällt das überschüssige Wasser in Form von Nebel, Tau, Regen oder Kondenswasser aus, wobei der gesättigte Zustand erhalten bleibt.

Relative Feuchte

Die relative Feuchte bezeichnet das Verhältnis zwischen dem Dampfdruck und dem Sättigungsdampfdruck.

2. Definition

Absolute Feuchte

Unter der absoluten Feuchte AH versteht man die in einem Kubikmeter Luft tatsächlich enthaltene Menge an Wasserdampf.

Sättigungsfeuchte

Als Sättigungsfeuchte wird die maximal aufnehmbare Menge an Wasserdampf in einem Kubikmeter Luft bezeichnet.

Kompressibilitätsfaktor für Wasserdampf:

Die Aufnahmefähigkeit der Luft mit Wasserdampf steigt mit zunehmender Temperatur.

Wird der gesättigten Luft weiterhin Wasserdampf zugeführt, oder sinkt die Temperatur, dann fällt das überschüssige Wasser in Form von Nebel, Tau, Regen oder Kondenswasser aus, wobei der gesättigte Zustand erhalten bleibt.

Relative Feuchte

Die relative Feuchte bezeichnet das Verhältnis von absoluter Feuchte zur Sättigungsfeuchte

8.1.3.2 Schaltung

Bild 1

Die Schaltung zur Auswertung des Sensorsignals ist eine Applikation der Firma Panametrics. Das pulsbreitenmodulierte Signal wird durch R0506 und C0503 gemittelt und in IC0502a um den Faktor 2 verstärkt. Das besondere an der Schaltung ist, das sie mit 2,5 V betrieben wird, weil der Spannungspegel am Sensor 1Volt nicht überschreiten darf. Da sich die Spannung über den Kondensator beim 555 Timer zwischen 1/3 und 2/3 der Versorgungsspannung bewegt, ist es über diesen Trick gewährleistet.

Da die CMOS Variante des Timers nur sehr wenig Energie braucht, wird er direkt über den Puffer IC0502b versorgt, dessen Eingang durch einen Spannungsteiler auf Ub/2 = 2,5 Volt gelegt wird.

Die Ausgangsspannung Ua berechnet sich nach der Gleichung

Ua [mV] = rF [pF] * 16.852 + 178.288

Die Gleichungsparameter wurden durch Messungen an der Schaltung mit ausgemessenen Kondensatoren bestimmt. Aus den Werten wurde ein absoluter Fehler von +/-0,4% berechnet.

Die Kapazität des Sensorsignals liegt im Bereich von 196pF bis 216pF (0% bis 100% relative Feuchte).

Das entspricht einer Ausgangsspannung von 3481mV bis 3818mV.

Um hieraus ein brauchbares Ausgangssignal zu machen wird der Bereich verstärkt:

Bild 2

Bild 2 leitet sich aus einer Subtrahierer Grundschaltung ab. Das Ausgangssignal berechnet sich zu:

Berechnet wurde U(rF) = Ua [V] * 9,067 - 30,487

Gemessen wurde U(rF) = Ua [V] * 8,919 - 30,414

Daraus ergibt sich ein auswertbares Ausgangssignal von 633mV bis 3639mV mit einer Auflösung von 100%/(3639-633) = 0,033 rF%/mV.

Bild 3 zeigt die Schaltung zur Erzeugung der Versorgungsspannung des Timers.

Bild 3

8.1.3.3 Steckerbelegung

8.1.3.4 Kalibrierung

Siehe Beschreibung auf Seite 'Grundlagen Meßtechnik' Kapitel 2, Item 2.2.4.9

1. Kalibrierpunkt:

Ein Glas wurde mit Kieselgel gefüllt und mit dem Sensor abgedeckt. Nach 25 Minuten stellte sich eine Spannung von 1073mV ein.

2. Kalibrierpunkt:

Ein Glas mit 100mg Wasser wurde mit 36 Kochsalz gefüllt und mit dem Sensor abgedeckt. Nach 15 Minuten stellte sich eine Spannung von 2956mV ein.

Für eine erste Kalibrierung reicht das erst mal aus.

0%rF = 910mV

75%rF = 3009mV

Auf 100%rF hochgerechnet ergibt das 3709mV

Der Bereich von 0 bis 100%rF ist 2799mV. Das ergibt eine Auflösung von 0,036%rF/Bit.

Zu einem späteren Zeitpunkt werden noch weitere Punkte mit anderen Salzen gemessen und vor allem sollte mit destilliertem Wasser gearbeitet werden. Außerdem muß noch die Temperatur am Sensor ermittelt werden.

Nach entfernen des Salzwasser stellte sich eine Spannung von 2260mV ein. Das entspricht einer relativer Luftfeuchte von 48,24%.

Bild 4 zeigt den Verlauf der Kalibrierung

Bild 4

8.1.3.5 Mechanik

8.1.3.6 Schaltplan und Layout

Schaltplan

Layout

8.1.3.7 Stückliste

Stückliste

8.1.3.8 Ergebnisse