Luftfeuchtigkeitssensor: Wie funktioniert er?

Ein Luftfeuchtigkeitssensor oder Hygrometer misst die relative Luftfeuchtigkeit in der Umgebungsluft. Vereinfacht beschrieben wird ein Gegenstand oder eine Substanz in die Luft gehalten. Diese reagieren auf Tröpfchen aus Wassermolekülen. Diese Tröpfchen sind in der Luft verteilt und dort gebunden. Die Moleküle verändern sich, in dem sie sich ausbreiten oder verlängern und schrumpfen oder verkürzen.

luftfeuchtigkeitssensor

Die Messung von Veränderungen findet mechanisch statt und lässt sich einem jeweiligen Luftfeuchtigkeitswert zuordnen. Die sich verändernden Messhilfen bleiben dabei „unbestechlich“. Je wärmer die Luft ist, desto mehr Feuchtigkeit kann sie aufnehmen und binden. Das Verhältnis von Temperatur und Luftfeuchtigkeitssensor drückt sich exakt in der Eigenschaftsänderung der Messhilfe aus. Das gängigste Material zur Messung in einem Hygrometer ist ein menschliches Haar.

Weitere Messhilfen und Methoden

Statt die mechanische Veränderung eines länglichen Gegenstands wie eines Haares „abzulesen“, lassen sich auch Kunstfasern und Tierhaare nutzen. Ungenauere Messergebnisse erlauben Metallstreifen, die sich ähnlich wie ein Bimetall verkürzen oder verlängern. Ein Bimetall besteht aus Streifen. Diese setzen sich aus zwei unterschiedlichen Metallen zusammen, die sich jeweils verschieden ausdehnen.

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Als alternatives physikalisches Wirkprinzip arbeitet ein Luftfeuchtigkeitssensor mit den Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit spezieller Werkstoffe. Je befeuchteter deren Oberfläche ist, desto stärker leiten die Stoffe. Ein durch sie hindurch geschickter elektrischer Stromfluss zeigt anhand der Austrittsmenge den Grad der Leitfähigkeit an. Sie lässt sich, ähnlich wie beim mechanischen Längenmessen, einem Luftfeuchtigkeitswert zuordnen.

Als optoelektronisches Verfahren kann der sich verändernde Informationsträger optisch ausgelesen werden. Absetzende Feuchtigkeit auf einem künstlich gekühlten Spiegel lässt sich hingegen über einen Fotosensor messen und zuordnen.

Proportionalität und Sättigungsgrad

Mit wachsender Temperatur ändert sich die Fähigkeit der Luft, Feuchtigkeit aufzunehmen. Dies führt grafisch dargestellt zu einem kurvenförmigen Verlauf des Anstiegs oder Abfalls. Diesen Faktor drückt die Definition „relativ“ aus. Die Nullwerte, auf deren Basis die relative Luftfeuchtigkeit durch den Luftfeuchtigkeitssensor skaliert wird, sind der Frost- und der Taupunkt. Die Punkte wandern proportional mit der Veränderung der Temperatur und der Luftfeuchtigkeitssensor bezieht seinen Messwert auf den theoretischen Sättigungsgrad. Der Sättigungsgrad entspräche dem Zeitpunkt an dem Eis oder Wasser die Luft komplett verdrängt hätte. Eine relative Luftfeuchtigkeit von 100 Prozent kann es nicht geben, da in diesem Fall keine Luft mehr beteiligt wäre.

Anbieter und Hersteller von Eigenbauplatinen

Moderne Luftfeuchtigkeitssensoren lassen sich statt als mechanisches Hygrometer in der populären „Wetterstation“ in Form eines Chips erwerben, an den ein Feuchtigkeitsfühler angeschlossen beziehungsweise angelötet ist. Ein typisches Beispiel ist der 1 Wire Luftfeuchtigkeitssensor, der aus einem Chip, einer Halteplatine und dem Fühler besteht. Die Stromversorgung mit Niedrigspannung von 5 Volt erfolgt über eine Batterie. Der 1 Wire Luftfeuchtigkeitssensor lässt sich ideal in eine leere Installationsdose einer Licht- und Steckdosenleiste platzieren. Der freie Luftumfluss wird durch Lüftungslöcher in Form eines Perforierens sichergestellt.

Ein ähnliches Selbstbaumodell bietet ein Arduino Luftfeuchtigkeitssensor. Hierbei sind die Platinen und Schaltungen in kompletter vorgefertigten Ausführungen erhältlich. Der Arduino Luftfeuchtigkeitssensor wird mit einer gepackten ZIP-Datei ausgeliefert und mittels Datenbibliothek eingerichtet.

Optische Achillesferse Schmutz

Feuchtigkeitsfühler der elektronischen Sensoren arbeiten optoelektronisch. Die Entwicklung von sehr kleinen Dioden erfassen durch Lichtdurchdringung und Reflexion die Feuchtigkeit in der Luft. Abgesehen von der Größe der Geräte, die mit dieser Technik zu einem Luftfeuchtigkeitssensor in den Maßen einer Streichholzschachtel führen, übertrifft die Messgenauigkeit fast alle mechanischen Instrumente.

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Die größte technische Herausforderung besteht im Schmutz, der die Messergebnisse verfälscht. Schon bei der Montage dürfen keine Verschmutzungen beispielsweise durch Fingerfett entstehen. Feuchtigkeit in der Luft hat den Effekt, Schwebstoffe und Partikel zu transportieren. Bei hohen Luftfeuchtigkeitswerten steigert sich der Umfang. Idealerweise wird die optische Messeinheit und Oberfläche durch Austauschfolie, ähnlich wie Visierschutzfolie auf einem Motorradhelm, geschützt.