Menschliches Überleben und soziale Aktivitäten hängen eng mit der Luftfeuchtigkeit zusammen. Im Zuge der Modernisierung ist es schwierig, einen Bereich zu finden, der nicht mit Feuchtigkeit zu tun hat. Aufgrund unterschiedlicher Anwendungsgebiete variieren auch die technischen Anforderungen an Feuchtigkeitssensoren. Selbst aus fertigungstechnischer Sicht weisen Feuchtigkeitssensoren trotz unterschiedlicher Materialien, Strukturen und Verfahren signifikante Unterschiede in Leistung und technischen Spezifikationen auf, was zu erheblichen Preisunterschieden führt. Für Anwender ist der erste Schritt bei der Auswahl eines Feuchtigkeitssensors, den benötigten Sensortyp und die im Budget verfügbaren Produkte zu klären und die Bedürfnisse sorgfältig gegen die Möglichkeiten abzuwägen, um übereilte Entscheidungen zu vermeiden. Basierend auf unseren Erfahrungen mit Anwendern sind wir der Ansicht, dass die folgenden Punkte Beachtung verdienen: 1. Wahl des Messbereichs: Ähnlich wie bei der Messung von Gewicht und Temperatur ist der erste Schritt bei der Auswahl eines Feuchtigkeitssensors die Bestimmung des Messbereichs. Abgesehen von meteorologischen und Forschungseinrichtungen benötigen diejenigen, die mit der Temperatur- und Feuchtigkeitsregelung befasst sind, in der Regel keine Messung des gesamten Messbereichs (0–100 % rF). Im heutigen Informationszeitalter ist die Sensortechnik eng mit der Computertechnik und der Automatisierungstechnik verknüpft. Der Zweck der Messung ist die Regelung. Der Mess- und Regelbereich werden zusammenfassend als Anwendungsbereich bezeichnet. Für Anwender, die kein Mess- und Regelsystem benötigen, ist ein universelles Feuchtigkeitsmessgerät ausreichend. Tabelle 1 zeigt einige Anwendungsbereiche mit unterschiedlichen Anforderungen an die Betriebstemperatur und -feuchtigkeit von Feuchtigkeitssensoren. Anwender sollten den Messbereich entsprechend ihren Bedürfnissen dem Sensorhersteller mitteilen. Der Hersteller sollte die stabile und konsistente Leistung des Sensors innerhalb des vom Anwender gewählten Betriebsbereichs gewährleisten und ein optimales Preis-Leistungs-Verhältnis erzielen, von dem beide Seiten profitieren. 2. Wahl der Messgenauigkeit: Wie der Messbereich ist auch die Messgenauigkeit eines der wichtigsten Merkmale eines Sensors. Jede Steigerung um einen Prozentpunkt bedeutet eine deutliche Verbesserung, ja sogar einen Qualitätssprung. Die Herstellungskosten und der Verkaufspreis variieren stark je nach geforderter Genauigkeit. Beispielsweise kostet ein günstiger importierter Feuchtigkeitssensor nur wenige Euro, während ein Feuchtigkeitssensor mit vollem Messbereich für Kalibrierungszwecke mehrere hundert Euro kostet – ein Unterschied von fast dem Hundertfachen. Daher müssen Anwender ihre Auswahl an ihre spezifischen Bedürfnisse anpassen und nicht blindlings nach „hochwertigen, präzisen und hochmodernen“ Sensoren suchen. Hersteller geben die Genauigkeit ihrer Feuchtigkeitssensoren oft segmentiert an. Beispielsweise ±2 % rF für den mittleren und niedrigen Temperaturbereich (0–80 % rF) und ±4 % rF für den hohen Feuchtigkeitsbereich (80–100 % rF). Diese Genauigkeit bezieht sich zudem auf eine bestimmte Temperatur (z. B. 25 °C). Bei Verwendung eines Feuchtigkeitssensors bei unterschiedlichen Temperaturen muss die Temperaturdrift berücksichtigt werden. Bekanntermaßen ist die relative Luftfeuchtigkeit eine Funktion der Temperatur, und die Temperatur beeinflusst die relative Luftfeuchtigkeit in einem bestimmten Raum erheblich. Jede Temperaturänderung von 0,1 °C führt zu einer Änderung der relativen Luftfeuchtigkeit (Fehler) von 0,5 % rF. Wenn es schwierig ist, eine konstante Temperatur in der Anwendung aufrechtzuerhalten, ist die Forderung nach einer übermäßig hohen Messgenauigkeit der Luftfeuchtigkeit unangemessen. Da die Luftfeuchtigkeit mit Temperaturänderungen schwankt, ist die Diskussion über eine hohe Messgenauigkeit der Luftfeuchtigkeit sinnlos. Daher muss die Feuchtigkeitsregelung mit der Temperaturregelung beginnen. Aus diesem Grund werden häufig integrierte Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren anstelle reiner Feuchtigkeitssensoren eingesetzt. In den meisten Fällen ist eine Genauigkeit von ±5 % rF ausreichend, wenn keine präzise Temperaturregelung möglich ist oder der Messraum nicht abgedichtet ist. Für Bereiche, die eine präzise und konstante Temperatur- und Feuchtigkeitsregelung erfordern, oder für Anwendungen, die eine kontinuierliche Erfassung und Aufzeichnung von Feuchtigkeitsänderungen notwendig machen, sollte ein Feuchtigkeitssensor mit einer Genauigkeit von mindestens ±3 % rF gewählt werden. Entsprechend muss der Temperatursensor eine Messgenauigkeit von mindestens ±0,3 °C, idealerweise mindestens ±0,5 °C aufweisen. Die Anforderung einer Genauigkeit von mehr als ±2 % rF ist selbst für Standard-Feuchtegeneratoren zur Kalibrierung von Sensoren schwer zu erfüllen, geschweige denn für die Sensoren selbst. Ein Artikel des Feuchtelabors des National Center for Standard Materials Research stellt fest: „Selbst bei 20–25 °C ist es sehr schwierig, eine Genauigkeit von 2 % rF für Messgeräte zur relativen Luftfeuchtigkeit zu erreichen.“ 3. Zeit- und Temperaturdrift berücksichtigen: Nahezu alle Sensoren weisen Zeit- und Temperaturdrift auf. Da Feuchtigkeitssensoren mit atmosphärischem Wasserdampf in Kontakt stehen müssen, können sie nicht abgedichtet werden. Dies begrenzt ihre Stabilität und Lebensdauer. Hersteller geben in der Regel eine effektive Nutzungsdauer von ein bis zwei Jahren nach einer Kalibrierung an und sind anschließend für die Rekalibrierung verantwortlich. Anwender sollten die Möglichkeiten zur Rekalibrierung bei der Sensorauswahl berücksichtigen und sich nicht von niedrigen Preisen oder dem blinden Vertrauen in Importprodukte verleiten lassen, ohne den Kundendienst zu vernachlässigen. Die Temperaturdrift wurde bereits im vorherigen Abschnitt erwähnt. Bei der Auswahl eines Feuchtigkeitssensors ist der Temperaturbereich der Anwendungsumgebung zu beachten. Es ist zu prüfen, ob der Sensor bei der angegebenen Temperatur einwandfrei funktioniert und ob die Temperaturdrift die Spezifikationen überschreitet. Der Temperaturkoeffizient α eines kapazitiven Feuchtigkeitssensors ist variabel und ändert sich mit der Betriebstemperatur und dem Feuchtigkeitsbereich. Dies liegt daran, dass sich die Dielektrizitätskonstanten von Wasser und Polymeren asynchron mit der Temperatur ändern und der Temperaturkoeffizient α hauptsächlich von den Dielektrizitätskonstanten von Wasser und dem feuchtigkeitsempfindlichen Material abhängt. Daher ist der Temperaturkoeffizient eines kapazitiven Feuchtigkeitssensors nicht konstant. Kapazitive Feuchtigkeitssensoren weisen den geringsten Temperaturkoeffizienten bei Raumtemperatur und im mittleren Feuchtigkeitsbereich auf. Die Temperaturdrift im niedrigen bis mittleren Feuchtigkeitsbereich (5–25 °C) ist vernachlässigbar. Bei Einsatz in Bereichen mit hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit oder mit negativen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit muss die Temperaturdrift jedoch berücksichtigt und gegebenenfalls kompensiert oder korrigiert werden. 4. Verhältnis zu traditionellen Feuchtigkeitsmessmethoden Bereits im 18. Jahrhundert erfanden Menschen Feuchtkugel- und Haarhygrometer, während sich elektronische Feuchtigkeitssensoren erst in den letzten Jahrzehnten, insbesondere in den letzten 20 Jahren, rasant weiterentwickelt haben. Der Übergang zwischen alten und neuen Technologien ist eng mit veränderten Wahrnehmungen verbunden. Da Feuchtkugel- und Haarhygrometer immer noch deutlich günstiger sind als Feuchtigkeitssensoren, lehnen manche Menschen den Preis elektronischer Feuchtigkeitssensoren ab. Es ist, als würde jemand, der bisher einen Besen benutzt hat, auf einen Staubsauger umsteigen. Viele Menschen finden es nicht lohnenswert, Hunderte von Yuan für einen Staubsauger auszugeben, und fühlen sich wohler, wenn sie nur ein paar Yuan für einen Besen ausgeben. Da traditionelle Methoden der Feuchtigkeitsmessung so tief im Bewusstsein der Menschen verankert sind, herrscht bei manchen die vorgefasste Meinung vor, dass nur Feucht- und Trockenkugelhygrometer genau messen. Manche vergleichen Feucht- und Trockenkugelhygrometer mit neu gekauften Feuchtigkeitssensoren und schließen bei abweichenden Messwerten sofort auf die Ungenauigkeit des Sensors. Dabei ist zu beachten, dass die Genauigkeit von Feucht- und Trockenkugelhygrometern lediglich 5–7 % relative Luftfeuchtigkeit beträgt. Dies ist nicht nur geringer als die Genauigkeit elektronischer Feuchtigkeitssensoren, sondern hängt auch von der Genauigkeit der Thermometer selbst ab. Das Hygrometer muss zudem belüftet sein: Nur wenn der Wassermantel aus Gaze, die Wasserqualität und die Windgeschwindigkeit bestimmte Anforderungen erfüllen, kann die angegebene Genauigkeit erreicht werden. Hersteller von Feuchtigkeitssensoren kalibrieren jedes Produkt vor dem Versand mit einem Standard-Feuchtegenerator, üblicherweise einem Shunt-Feuchtegenerator. Daher wird Anwendern empfohlen, bei Bedarf dieselbe Kalibrierungsmethode zu verwenden und die Kalibrierung oder den Vergleich mit hochgenauen Sensoren mit ungenauen Messgeräten zu vermeiden. 5. Weitere Vorsichtsmaßnahmen: Feuchtigkeitssensoren sind nicht hermetisch abgedichtet. Um die Genauigkeit und Stabilität der Messungen zu gewährleisten, sollte der Einsatz in sauren, alkalischen oder lösungsmittelhaltigen Umgebungen möglichst vermieden werden. Auch der Einsatz in staubigen Umgebungen ist zu vermeiden. Um die Luftfeuchtigkeit im Messraum präzise zu erfassen, sollten die Sensoren nicht zu nah an Wänden oder in schlecht belüfteten Ecken platziert werden. Bei großen Räumen sollten mehrere Sensoren verwendet werden. Einige Feuchtigkeitssensoren benötigen eine hohe Stromversorgung; andernfalls wird die Messgenauigkeit beeinträchtigt, die Sensoren können sich gegenseitig stören oder sogar ausfallen. Während des Betriebs sollte eine geeignete Stromversorgung bereitgestellt werden, die die Genauigkeitsanforderungen erfüllt. Bei der Signalübertragung über größere Entfernungen ist auf die Signaldämpfung zu achten. Bei Übertragungsdistanzen über 200 m empfiehlt sich der Einsatz eines Feuchtigkeitssensors mit Frequenzausgangssignal. Aufgrund der systembedingten Schwankungen feuchtigkeitsempfindlicher Elemente erfordern alle Sensoren, ob importiert oder inländisch, eine individuelle Kalibrierung und Justierung. Die meisten Sensoren müssen nach dem Austausch des feuchtigkeitsempfindlichen Elements neu kalibriert werden; dies ist insbesondere bei Feuchtigkeitssensoren mit hoher Messgenauigkeit wichtig.