Wissenswertes über Feuchtigkeitssensoren

Was ist Feuchtigkeit?

Der Begriff Feuchtigkeit bezeichnet das Maß der Anwesenheit von Wasser in einem anderen Medium.
Im Fall der relativen Luftfeuchtigkeit zeigt der Grad der Feuchtigkeit an, wie stark beispielsweise Luft mit Wasserdampf angereichert ist. Bei 100 Prozent ist die Luft vollständig mit Wasserdampf gesättigt. Wird dieser Wert überschritten, schlägt sich die überschüssige Feuchtigkeit nieder. Die Wasser-Aufnahmefähigkeit der Luft ist wiederum abhängig von der Temperatur.

Bei der absoluten Luftfeuchtigkeit handelt es sich um ein direktes Maß für die Wasserdampfmenge, die in einem gegebenen Luftvolumen enthalten ist. Mit diesem Wert lässt sich ermitteln, wie viel Wasser verdunsten muss, um ein gewünschtes Maß an Luftfeuchtigkeit zu erhalten.
Die relative Feuchte wird in rF in Prozent (auch rH, englisch: relative humidity) und absolut in Gramm pro Kubikmeter angegeben.

Was ist ein Feuchtigkeitssensor?

Ein Feuchtigkeitssensor erfasst den Feuchtigkeitsgehalt eines Mediums. Das können die Raumluft, Lebensmittel, Baumaterialien oder beliebige andere Industriegüter sein. Auch das Auftreten von Nebel oder Niederschlägen kann durch Feuchtemesser registriert werden, so dass beispielsweise Gebäudeöffnungen oder Zuflüsse zu Regenwasserspeichern automatisiert gesteuert werden können. Der Feuchtigkeitssensor reagiert auf die Veränderungen der Feuchtigkeit mit einer Veränderung seiner elektrischen Eigenschaften, die wiederum elektronisch ausgewertet wird und zu nachgelagerten Schaltvorgängen führt.

Wie funktionieren Feuchtigkeitssensoren?

Für die Ermittlung von Feuchtigkeit gibt es direkte und indirekte Verfahren. Die in unserem Online-Shop angebotenen Feuchtesensoren arbeiten indirekt auf elektrischer Basis. Das Grundprinzip der Messung besteht darin, dass sich die elektrischen Eigenschaften eines Sensor-Elements bei Einwirkung von Feuchtigkeit ändern. Der in oder an das Messmedium gebrachte Sensor reagiert mit einer Änderung seiner Kapazität oder seines Widerstandswertes.

Dabei gibt es zwei grundsätzliche Funktionsweisen, die der Sensor aufweisen kann:

Bei kapazitiven Feuchtesensoren ist zwischen den Kondensatorplatten eine hygroskopische Schicht als Dielektrikum eingebracht. Bei Veränderung des Feuchtigkeitsgehaltes dieser Schicht verändert sich die Kapazität zwischen den Elektroden. Die Kondensatorwerte bewegen sich bei der kapazitiven Feuchte-Messung im Pico-Farad-Bereich.
Bei Feuchte-Sensoren mit Impedanz kommt eine hygroskopische Schicht zwischen zwei Gleichstrom-Elektroden zum Einsatz. Mit der Veränderung der Feuchtigkeit ändert sich der elektrische (ohmsche) Widerstand.

Beide Messverfahren sind mitunter als Mischform anzutreffen. Wenn Wechselstrom genutzt wird, messen die Sensoren die Änderung des Widerstandes sowie der Kapazität. Viele Sensoren bieten zudem eine Funktion zur Messung der Temperatur.

Für eine exakte Arbeit solcher Sensoren müssen sie mit einer Referenzfeuchte kalibriert werden, um eine hohe Genauigkeit der Feuchtemessung zu erreichen. Andernfalls können nur relative Veränderungen gemessen werden. Für die Kalibrierung sind sogenannte Referenz-Zellen erhältlich.

Für die Auswertung des Messergebnisses werden darauf zugeschnittene Elektronik-Komponenten benötigt. Dafür sind Evaluierungs-Kits zur präzisen Messung von Temperatur und Feuchte erhältlich. Diese ermöglichen per USB-Schnittstelle mit PCs verbunden eine Darstellung, Auswertung und Speicherung der Messergebnisse. Die Kits sind stets für bestimmte Sensoren designt. Mitgelieferte Software ermöglicht die Visualisierung der Messreihen und den Export in gängige Datenformate. Mit diesen Kits können anspruchsvolle Sensoranwendungen entwickelt werden.

Für feuchtigkeitsbelastete Räumlichkeiten gibt es Feuchteregler zur Steuerung der relativen Luftfeuchte. Sie sind mit einem Schaltausgang versehen und kommen in Lufttrocknern und Luftbefeuchtern zum Einsatz.

Unser Praxistipp: Einfache Messungen mit Arduino und Co

Mit Enwicklungsumgebungen wie Raspberry und Arduino lassen sich recht einfach und kostengünstig kleine Messanwendungen realisieren, um Werte wie Luftfeuchtigkeit oder Bodenfeuchtigkeit zu überwachen. Der jeweilige Sensor wird in eine Schaltung integriert und liefert laufend Messwerte zurück. In der einfachsten Variante werden die Werte lediglich erfasst und auf einem Display digital dargestellt. Die nachfolgende Schaltung lässt Raum für individuelle Lösungen. Beispielsweise kann ein akustisches Alarm-Signal ertönen oder ein Lämpchen aufleuchten, wenn bestimmte Messbereiche unter- oder überschritten werden. Doch auch aufwendigere Schaltungen sind denkbar, etwa wenn ab einem bestimmten Wert ein Luft- und Wärmetauscher aktiviert wird.
 

  

Einsatzgebiete für Feuchtesensoren

Die Einsatzmöglichkeiten für Feuchtesensoren sind sehr breit gefächert. Weit verbreitet ist die Aufzeichnung und Steuerung klimatischer Bedingungen beispielsweise in Büros, Krankenhäusern, Labors und Schwimmhallen. Der Feuchtegehalt von Baumaterialien wie Ziegelsteine, Kalksandstein oder Gipsfaserplatten ist im Baubereich wichtig. In der Lebensmittelindustrie werden Feuchtigkeitssensoren zum Messen des Feuchtegehalts beispielsweise von Kakao- oder Kaffeebohnen, Salz, Tabak oder Getreide eingesetzt.

Die ermittelten Daten der Feuchtigkeitssensoren werden genutzt, um anschließend auf den jeweiligen Feuchtewert zu reagieren, also die Feuchte zu vergrößern oder einen Trocknungsprozess zu steuern und die Feuchte zu verringern.