Messung der Taupunkttemperatur

• Warum man den Taupunkt messen sollte
• Drei Größen beschreiben die Feuchtigkeit
• Was passiert mit dem Wasserdampf beim Verdichten von Luft?
• Abführung von Feuchtigkeit aus der Luft
• Messung des Taupunkts
• Installation von Feuchtigkeits- und Taupunktsensoren
• Lagerung von Feuchtigkeitssensoren

Warum die Taupunkttemperatur messen? Der Lufttaupunkt ist die Temperatur, bei der Wasserdampf in der Luft beginnt, flüssig zu werden – er beginnt zu kondensieren. Die Taupunkttemperatur hängt von der Lufttemperatur und der Luftfeuchtigkeit ab: Je wärmer die Luft ist, desto mehr Wasser kann sie aufnehmen, ohne dass der Wasserdampf kondensiert.

Je höher die Luftfeuchtigkeit, desto höher ist die Taupunkttemperatur; der Wasserdampf beginnt bei einer höheren Temperatur zu kondensieren.

Die Taupunkttemperatur ist ein Maß für die Luftfeuchtigkeit und sollte während der Erzeugung und des Verbrauchs von Druckluft überwacht werden. Kondenswasser sollte nicht dorthin gelangen, wo es Schaden anrichten kann. Wasser beschädigt leicht Druckluftwerkzeuge, verstopft Ventile und Blenden und verursacht Korrosion in den Rohrleitungen.

Taupunkttemperatur und Frostpunkttemperatur

Der Taupunkt wird mit der Abkürzung DP (englisch: dew point) bezeichnet. Manchmal begegnet man auch dem Begriff Frostpunkttemperatur, FP (frost point). Bei höheren Temperaturen schlägt sich der in der Luft enthaltene Wasserdampf als Tröpfchen – „Tau“ – nieder, bei niedrigeren Temperaturen in Form von Mikroeiskristallen – „Reif“.

„Für Druckluft ist nur der Drucktaupunkt von Bedeutung. Der atmosphärische Taupunkt ist irreführend und darf nicht verwendet werden.“ (Norm ISO 8573-1)

Drucktaupunkttemperatur

Die Temperatur, bei der Dampf unter einem gegebenen Druck kondensiert. Anders ausgedrückt ist es die Temperatur, auf die Druckluft abgekühlt werden kann, ohne dass Kondensation auftritt.

Um Druckluft bei normalen Temperaturen nutzen zu können, sollte ihr Drucktaupunkt 10 °C niedriger sein als die Temperatur im Betrieb oder in der Werkstatt.

Drei Größen beschreiben die Feuchtigkeit

Maximale Feuchtigkeit (g/m³) Die Feuchtigkeit von voll mit Wasserdampf gesättigter Luft bzw. die maximale Masse an Wasserdampf in Gramm, die 1 m³ Luft bei einer bestimmten Temperatur aufnehmen kann, ohne dass es zur Kondensation kommt.
Absolute Feuchtigkeit (g/m³) Die Masse des aktuell in 1 m³ Luft enthaltenen Wasserdampfs.
Relative Feuchtigkeit (%) Das Verhältnis der absoluten Feuchtigkeit zur maximalen Feuchtigkeit. Es gibt an, zu wie viel Prozent die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist.

Kalkulatoren helfen bei Berechnungen
Zur Berechnung der Taupunkttemperatur aus relativer Feuchte und Temperatur können Online-Rechner verwendet werden.

Der Phasenübergang von Wasserdampf zu Wasser und zurück wird noch durch weitere Größen wie Volumenanteil, Feuchtigkeitsgrad, Dampfkonzentration und Enthalpie beschrieben. Falls Sie diese thermodynamischen Größen benötigen, nutzen Sie Online-Rechner auf den Seiten von Herstellern von Hygrometern und Taupunkt-Messumformern.

Was passiert mit dem Wasserdampf beim Verdichten von Luft?

Durch die Kompression verringert sich das Luftvolumen, während Druck und Temperatur steigen. Dadurch sinkt die Fähigkeit der Luft, den gesamten enthaltenen Wasserdampf zu halten. Ein Teil des Wasserdampfs kondensiert und wird zu Wasser. Die Abbildung zeigt, wie ein Kubikmeter (m³) Luft von 1 bar auf 8 bar verdichtet wird.

Abführung von Feuchtigkeit aus der Luft

Wie Feuchtigkeit aus der Luft abgeschieden wird, sehen Sie in diesen Abbildungen. Sie zeigen die Aufbereitung von atmosphärischer Luft zu trockener Druckluft. Die Feuchtigkeit wird zuerst beim Abkühlen der im Kompressor erwärmten Luft und anschließend bei der Trocknung in einem Adsorptionstrockner abgeschieden.

Messung des Taupunkts

Zur Messung der Taupunkttemperatur werden Geräte verwendet, die auf verschiedenen Prinzipien beruhen.

Optisches Verfahren

Basis ist ein Spiegel, der bei Abkühlung der Luft zu beschlagen beginnt. Eine LED beleuchtet den gekühlten Spiegel von einer Seite. Sobald die Lufttemperatur den Taupunkt erreicht, beschlägt der Spiegel und ein Sensor registriert den Abfall der Intensität des reflektierten Lichts. Diese Spiegel-Systeme sind sehr präzise, enthalten aber ein empfindliches optisches System und sind daher weniger für den Industriebetrieb geeignet. Sie eignen sich hervorragend zur Überprüfung und Kalibrierung anderer hygrometrischer Systeme.

Resistive Feuchtigkeitssensoren Es werden Materialien genutzt, die durch Feuchtigkeit ihre Eigenschaften ändern, was eine Änderung des elektrischen Widerstands bewirkt. Auf einer eloxierten Aluminiumplatte ist eine keramische Al2O3-Schicht aufgedampft, die zweite Elektrode bildet eine Goldschicht. Wasserdampf dringt hindurch und verursacht eine Änderung des Gesamtwiderstands. Nachteile: Staub und Öl in den Poren beeinflussen die Messergebnisse stark (offene Oberfläche). Verschmutzung der inneren Poren kann irreversible Änderungen verursachen.

Kapazitive Polymer-Feuchtigkeitssensoren Kapazitive Fühler nutzen die Eigenschaften eines hygroskopischen Polymermaterials (feuchtigkeitsabsorbierend). Das Polymer bildet eine Elektrolytschicht zwischen den Kontakten eines Kondensators und hat Zugang zur Luft, deren Feuchtigkeit gemessen wird. Eine der Elektroden ist porös, durch sie dringt Luft zum Polymer vor, das diese absorbiert und seine Eigenschaften ändert, wodurch sich die Kapazität des Kondensators ändert. Dank der hohen Dielektrizitätskonstante des Polymers reicht schon eine geringe Menge Wasser aus, um Kapazitätsänderungen zu bewirken. Das Ausgangssignal ist eine Spannung oder ein digitales Signal.

Vorteile: Kurze Ansprechzeit, Verschmutzungsresistenz, geringe Abmessungen und günstiger Preis.

Taupunktsensoren Taupunktsensoren enthalten zwei Fühler: einen Sensor für relative Feuchtigkeit einen Temperatursensor. Das Signal für Feuchtigkeit und Temperatur wird an einen Messumformer geleitet, der daraus die Taupunkttemperatur ableitet.

Messergebnis hängt von der richtigen Wahl des Feuchtigkeitssensors ab

Zur Bestimmung des Drucktaupunkts von Druckluft muss der richtige Sensortyp gewählt werden. Feuchtigkeitssensoren sind für unterschiedliche Taupunkt-Messbereiche konstruiert.

Die Taupunkttemperatur wird in Grad Celsius angegeben: °Ctd In der Gerätedokumentation findet man immer den Messbereich, z. B.: von -45 °Ctd bis +30 °Ctd. Daher müssen wir klären, welche Taupunkttemperatur am Messort zu erwarten ist. Der Taupunkt hängt davon ab, welcher Trockner verwendet wird.

Verschiedene Ausführungen von Feuchtigkeitssensoren

Es stehen verschiedene Ausführungen zur Wahl: Sensoren, die Messwerte an einen Umformer oder ein Panel senden, sowie Ausführungen für explosionsgefährdete Bereiche (ATEX).

Die Abbildungen 2, 3 und 4 zeigen Sensoren mit Display. Das Personal kann den aktuellen Wert direkt am Einbauort ablesen. Abbildung 5 zeigt einen mobilen Sensor mit Lithium-Ionen-Akku und integriertem Datenlogger. Die Daten werden via USB auf einen Computer übertragen. Mobile Sensoren werden oft für schnelle Kontrollen an verschiedenen Stellen des Druckluftnetzes eingesetzt.

Installation von Feuchtigkeits- und Taupunktsensoren

Für korrekte Ergebnisse ist auf eine fachgerechte Installation zu achten. a) Installation eines Sensors mit Kugelhahn Ist der Sensor über einen Kugelhahn montiert, kann er leicht gewartet werden, ohne das Druckluftnetz drucklos machen zu müssen.
b) Installation in einer Abzweigung der Hauptleitung Befindet sich der Sensor in einer Abzweigung, empfiehlt sich die Nutzung einer Ablassschraube. Schon ein geringer Gasfluss in der Abzweigung sorgt für eine schnellere Reaktion des Sensors auf Änderungen des Taupunkts.
c) Installation des Sensors in einer Messkammer Bei sehr niedrigen Taupunkttemperaturen wird eine Messkammer (Sampling Chamber) verwendet. Hierfür eignen sich robuste, kleine Sonden.
Die Druckluft kann auch über einen Schlauch zugeführt werden: Achten Sie auf das richtige Material (z. B. Edelstahl, Kupfer, TFE), um Feuchtigkeitsdiffusion von außen zu vermeiden.

Lagerung von Feuchtigkeitssensoren

Lagern Sie Sensoren immer in einem Trockenmittelbehälter. Dies schützt sie vor Feuchtigkeit, die zukünftige Messergebnisse verfälschen könnte. So ist der Sensor sofort einsatzbereit.