Überprüfen der Raumluftfeuchte - Kalibrieren von Hygrometern

[Lupus]

Hallo,

bei schwülwarmen Wetter kann die Raumluftfeuchte in ungeahnte Höhen gehen, schlecht für manche empfindliche Mikroskope, Optiken u.ä. Ich überwache daher regelmäßig die Raumluftfeuchte mit Hygrometern - leider sind diese nicht immer so genau wie die Anzeige suggeriert. Für den Allgemeingebrauch reicht eigentlich jedes einfache Hygrometer, aber wenn die Luftfeuchte in kritische Bereiche kommt möchte man es oft genauer wissen. Und wenn man ein Haarhygrometer verwendet muss man es sowieso regelmäßig kalibrieren.

Die übliche vorgeschlagene Methode zum Überprüfen von Hygrometern besteht darin, es in ein feuchtes Tuch zu wickeln, die Anzeige sollte dabei auf über 95% gehen. An der Grenze des Messbereiches zu testen ist aber eigentlich keine optimale Methode, da sie die Linearität des Hygrometers über den ganzen Messbereich voraussetzt. Besser ist, das Hygrometer gemeinsam mit einer Schale mit gesättigter Salzlösung in einem kleinen Gefäß aufzustellen, um eine definierte, realitätsnähere Luftfeuchte zu erzeugen. Z.B. mit Kochsalz (NaCl) erreicht man nach längerer Zeit etwa 75% rel. Luftfeuchte.

Mein alternativer Tipp für technikaffine Nutzer:

Eine genauere und bequemere Methode besteht darin, die aktuelle Raumfeuchte mit einem zweiten präzisen Hygrometer zu messen und die Ergebnisse direkt zu vergleichen. Dazu kann man ein Psychrometer verwenden, bei dem die Lufttemperatur mit einem Thermometer gemessen wird, mit einem zweiten Thermometer mit befeuchteten Messsensor wird die Feuchttemperatur gemessen. Aus der Temperaturdifferenz kann man auf die rel. Luftfeuchte schließen. Die Feuchttemperatur ist durch die Verdunstungskälte des befeuchteten Sensors geringer, diese hängt von der Stärke der Luftströmung und der rel. Luftfeuchte ab. Trockene Luft lässt den befeuchteten Sensor schneller trocknen als feuchte Luft, Luft mit 100% Feuchte trocknet überhaupt nicht und erzeugt daher auch keine Temperaturdifferenz. Ab einer Luftströmungsgeschwindigkeit von etwa 2-3 m/s wird eine konstante Abkühlung erreicht und man erhält zuverlässige Messungen. In der Praxis umwickelt man das Feuchtthermometer mit einem Gewebe, das man zur Messung mit (dest.) Wasser anfeuchtet. Das Bild 1 zeigt links den unteren Teil eines einfachen Selbstbaupsychrometers, das wird mindestens 2 Minuten lang um einen am oberen Ende quer befestigten Haltestab mit 2-3 Umdrehungen pro Sekunde rotiert um die notwendige Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen.

Es geht für Prüfzwecke aber viel einfacher, man kann mit nur einem einzigen halbwegs genauen Laborthermometer oder z.B. einem dünnen digitalen Einstechthermometer das Gleiche erreichen. Man misst vorher damit trocken die Lufttemperatur, und nach befeuchten des (hier mit z.B. med. Kompressengewebe) umwickelten Thermometerendes misst man die Feuchttemperatur. Das Gewebe muss dicht anliegen, man kann es dazu an mehreren Stellen mit einem Faden umwickeln (siehe Bild 1). Das befeuchtete Thermometer muss ebenfalls mindestens 2 Minuten lang mehrfach pro Sekunde hin- und hergeschwungen werden, damit die geringe Kühlleistung des verdunstenden Wassers ausreicht, das Thermometerende abzukühlen. Ein dicker externer Sensor wie bei manchen drahtgebundenen digitalen Wohnraumthermometern funktioniert daher nicht. Wichtig ist vor allen Dingen die Temperaturdifferenz genau zu messen (mindestens auf 1/2 °), die absolute Temperatur ist bei Raumtemper nicht ganz so wichtig, ein Messfehler von 1° wirkt sich nur mit 2-3% Fehler bei der Raumfeuchte aus (siehe Tabelle Bild 2).

Die Messwerte kann man z.B. mit einer Psychrometertabelle wie in Bild 2 auswerten oder eine geeignete App auf das Smartphone laden. Das Ganze ist bei sorgfältiger Ausführung sehr genau und auf wenige % rel. Luftfeuchte reproduzierbar. Ich habe damit festgestellt, dass mein gutes mechanisches Haarhygrometer mittlerweile nicht mehr linear genug verläuft, während ein billiges chinesisches Terrarium-Hygrometer mit externen Temperatur- und Feuchtesensoren über den ganzen Messbereich max. 3-5% abweichende Luftfeuchte zeigte. Ein anderes billiges Hygrometer einer bekannten Marke dagegen gab im ganzen Messbereich 10-15% zu wenig an.

Hubert

[Stuessi]

Hallo Hubert,

danke für Deinen interessanten Beitrag.
Das Diagramm ist schon gespeichert.
Ich habe sofort eine Messung durchgeführt und eine Abkühlung von 25,0 °C auf 21,5 °C gemessen.
Die 74 % sind deutlich mehr als die von meinem 40 Jahre alten Haarhygrometer angezeigten 68%.

Herzliche Grüße
Rolf

[Peter V.]

Hallo Hubert,

na super - tolles Diagramm!  Endet bei LÄCHERLICHEN 30 Grad Trockentemperatur! Was soll ich damit jetzt anfangen? Sind wir hier am Nordpol oder was? 

Inspitranspirierende Grüße
Peter

[Lupus]

Hallo Rolf,

das ging aber schnell. 
Wichtig ist, lange genug zu "wedeln". Die Temperatur nähert sich gegen Ende der Messzeit immer langsamer, asymptotisch dem richtigen Messwert.

Ich nehme aber an, dass das Haarhygrometer zwischendurch auch kalibriert wurde?

@Peter
Das Diagramm gilt für Bayern, genauer für Schwaben (das echte Schwaben !). Da gibt es unter Biergartenkastanien keine höhere Temperatur....

Hubert

[Lupus]

Hallo,

für die Nordrhein-Westfalen und Rheinländer wäre vielleicht zur Bereichserweiterung der Temperatur diese Smartphone-App geeignet:

https://play.google.com/store/apps/details?id=jp.android.seawood.psychrometric&hl=en_US

Hubert

[Peter V.]

Hallo,

hat nur am Rande mit dem Thema zu tun, aber wo ich's gerade lese:

https://www.t-online.de/nachrichten/panorama/id_84175994/wetter-in-deutschland-heisser-sommer-die-hitze-und-das-vergessene-gift.html

mit einigen interessanten Fakten zur Temperaturmessung.

Herzliche Grüße
Peter

[Lupus]

Hallo Peter,

genau aus diesem Grund (Temperaturstrahlung der Thermometerumgebung) wird in der Meteorologie im Freien die Luftfeuchte auch mit speziellen Psychrometern gemessen, deren Thermometer abgeschirmt sind - und natürlich sowieso die genannte hohe Luftströmungsgeschwindigkeit verwenden (Aspirationspsychrometer nach Assmann).

Hubert

[Werner]

Beim googeln nach Psychrometer findet man auch Tafeln, die bis 100 °C gehen.
Wichtig für die Meßgenauigkeit ist auch eine Luftströmung von mindestens 3 m/s.
Kleine Lüfter von einer CPU oder aus einem defekten PC-Netzteil schaffen das.

Das Einschlagen in ein feuchtes Tuch ist bei neueren Hygrometern mit billigen Sensoren wichtig, um diese zu regenerieren. Also erst nachher messen.

Gruß   -   Werner

[Stuessi]

Vor 57 Jahren habe ich in einem Anfängerpraktikum ein Taupunkthygrometer mit Äther begießen dürfen! ... ohne Schutzmaske ...

Gruß
Rolf

[Lupus]

Hallo,

die Tabelle habe ich speziell für normale Innenraumanwendungen und für leichtes Ablesen in dem beschränkten Temperaturbereich gezeichnet. Und es ging um Messungen möglichst mit vorhandenen Hausmitteln, ohne großem Bastelaufwand. 
Die 3 m/s sind nicht so kritisch, das ist keine scharfe Grenze. Genauso wichtig ist die Gestaltung der Gewebeumhüllung, die das Thermometer feucht hält.

Es gibt übrigens auch Psychrometer für den Hausgebrauch, die nur mit natürlicher Konvektion arbeiten. Die benötigen wegen der etwa halb so großen Temperatursenkung eine andere Grafik, und sind naturgemäß relativ ungenau. Daran ist ein Vorratsgefäß mit Docht montiert, damit man das Gerät einige Zeit ohne Wartung verwenden kann....

Hubert

[Peter V.]

Hallo Rolf,

Vor 57 Jahren habe ich in einem Anfängerpraktikum ein Taupunkthygrometer mit Äther begießen dürfen! ... ohne Schutzmaske ...

Gruß
Rolf

das haut doch einen Physikstudiosus nicht um! Die Op-Schwester hat früher jahrelang ohne jeden Schutz Äther auf die Schimmelbusch-Maske getropft.

Herzliche Grüße
Peter

[Lungu]

Eine für Bayern sehr gut geeignete Methode. Bei eBay gibt es für rund 1 €ein schönes, vermutlich ausreichend genaues Hygrometer. Mit dem gespartem Geld geht man einfach in den Biergarten und freut sich darüber wie viel Geld und Zeit man gespart hat.

Lungu

[Werner]

Auch Haarhygrometer benötigen jährlich einmal einen "feuchten Umschlag" für einige Stunden, dann zeigen sie nach Skalenjustage wieder richtig an, auch Zwischenwerte. Wenn doch nicht, braucht man neue Haare.

Mal kurz eine Aufzählung mit sinkender Anzeigegenauigeit:

1)Die absolute Methode ist die Wägung der Wassermenge in einem definiertem Gasvolumen.
So sind alle Tabellen, die sich irgendwo mit Wasserdampf beschäftigen, früher mal erstellt worden. Ist auch heute noch reproduzierbar, zumal es sechsstellig genaue Waagen gibt.
Ein scharfes Trockenmittel wir trocken gewogen, dem Gasvolumen ausgesetzt und zurückgewogen. So erhält man die absolute Wassermenge.
Trockenmittel P2O5, Magnesiumperchlorat, Molsieb. Siliagel geht auch.

2) Taupunktpsychrometer, das mit dem Äther. Heute mit Peltierkühler und optoelektronischer Taupunkterennung. Auswertung nach Dampftafel.

3)Aspirationspsychrometer mit trockenem und feuchtem Thermometer (Aßmann). Die Thermometer haben eine 1/10° Skala. Thermometer auch elektronisch. Auswertung über modifizierte Dampftafel.

4) kapazitive Feuchtesensoren. Auswertung elektronisch, Kalibrierung mit Atmosphäre definierter Feuchtigkeit nötig. Zeitweise Regeneration empfehlenswert.

5) Haarhygrometer, Anzeige über Skala, Kalibrierung mit Atmosphäre definierter Feuchtigkeit nötig.  Zeitweise Regeneration empfehlenswert.

6)Veraltet:  LiCl-Feuchtesensor, Gleichgewichtstemperatur ist Maß für die Feuchtigkeit, Beheizung erforderlich.  Kalibrierung mit Atmosphäre definierter Feuchtigkeit nötig.

7)Feuchtesensoren in Consumer-Elektronik (handelsübliche Wetterstation oder Außen/Zimmerthermometer). Arbeiten entweder kapazitiv oder resistiv, meist nicht sehr genau. Zeitweise Regeneration empfehlenswert.

8 Mechanische "Bimetall"-Feuchteanzeiger. Eine Edelstahlblechspirale mit Zeiger wird einseitig mit einer reversibel hygroskopischen Masse beschichtet. Änderung der Zeigerstellung mit der Feuchtigkeit, nicht sehr genau, unreproduzierbar, nur für grobe Übersicht geeignet.

9) Hanfschnur-Eselschwanz-Hygrometer, Auswertung über aufgedruckten Text...

Für Spuren von Wasser ist die Karl-Fischer-Titration geeignet.
Ein IR-Spektrum zeigt starke Wasserbanden, eine quantitative Auswertung ist im ppm-Bereich möglich.

Feuchtestandards:
Es gibt in der Fachliteratur und im Netz Tabellen mit den Feuchtigkeitswerten über diversen gesättigten Salzlösungen. Die Werte sind meist übereinstimmend.
Man kann sich eine Kalibrier-Atmosphäre aber auch in einem verschließbaren Gefäß selbst herstellen: (Plastik, wegen Adsorption kein Glas!) Das Volumen ermitteln, mit scharf getrockneter Luft oder Gas aus der Stahlbombe füllen. Dann eine definierte Menge Wasser mit einer Pipette einbringen und verdunsten lassen.

Sackzement, warum habe ich so viel geschrieben, steht doch in Wikipedia...

Gruß   -   Werner

[Tilman]

Die Bestimmung des Taupunkts ist immer noch eine zuverlässige und physikalisch nachvollziehbare Methode zur Bestimmung der absoluten und relativen Luftfeuchtigkeit, sofern man das Gerät, die Tabellen und die nötige Anleitung zu deren Gebrauch hat. Stuessi und ich wissen wie das geht. Die anderen Messverfahren sind fast alle empirisch bzw. kalibrierpflichtig. Die Methode 1 von Werner ist natürlich die einsichtigste, aber experimentell doch anspruchsvoll. Aber mein alter Spruch: jeder wie er will und wie er kann.
Liebe Grüße
Tilman