Messung der relativen Luftfeuchtigkeit mit Alicat-Geräten

Alicat^® Massendurchflussmesser und -regler können mit Sensoren für die relative Feuchte (RH) ausgestattet werden, die eine genaue Überwachung der Feuchtigkeit im Gasstrom ermöglichen.

Diese Option gewährleistet eine genaue Kontrolle der Prozessbedingungen, da manuelle Korrekturen des Feuchtigkeitsgehalts nicht mehr erforderlich sind. Feuchtigkeit wirkt sich auf alle Materialien aus, auch auf die physikalischen Eigenschaften von Gasen. Wenn Wasserdampf in einen Gasstrom eintritt, verdrängt er einen Teil des Gasvolumens und verändert die Viskosität und Kompressibilität aufgrund seines unterschiedlichen Molekulargewichts und seiner thermodynamischen Eigenschaften im Vergleich zu trockenem Gas. Dies hat zur Folge, dass sowohl Massendurchfluss- als auch Volumendurchflussmessungen ungenau werden, wenn die Feuchtigkeit nicht berücksichtigt wird, da Wasserdampf Raum einnimmt und eine andere Masse hat als das Gas selbst.

Laut der NIST-DatenbankDie Menge an Wasserdampf, die ein Gasgemisch aufnehmen kann - d. h. sein Sättigungspunkt - hängt stark von der Temperatur ab. So kann ein Gas bei 38 °C etwa doppelt so viel Wasserdampf aufnehmen wie bei 25 °C, bei 14 °C etwa halb so viel und bei 0 °C nur noch etwa ein Fünftel.

Daher gibt Alicat 90% Luftfeuchtigkeit als Höchstgrenze für seine Geräte an, da selbst eine kleine Temperaturänderung (etwa 1 °C) bei höheren Temperaturen die relative Luftfeuchtigkeit um mehr als 5% verändern kann.

Alicat-Geräte verwenden RH-Sensoren, die mit einer kapazitiven Messmethode messen. Diese Sensoren bestehen in der Regel aus einer dünnen Polymerschicht, die zwischen einem festen Substrat und einer porösen Schutzschicht eingebettet ist. Wenn dieses Polymer Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft aufnimmt oder abgibt, ändert sich seine Dielektrizitätskonstante, da Wasser im Vergleich zu Luft eine hohe Dielektrizitätskonstante hat. Diese Änderung der Dielektrizitätskonstante verändert die Kapazität des Sensors, die mit Hilfe einer Präzisionsoszillatorschaltung gemessen wird. Das Ergebnis ist eine äußerst empfindliche, genaue Messung der relativen Luftfeuchtigkeit.

In high‑humidity environments or applications where water vapor content can fluctuate, Alicat devices can normalize readings to reflect the flow as if no water vapor were present. This automatic correction removes the need for manual calculations, saving time and reducing the risk of error.

Bei der Werkskalibrierung wird der COMPOSER™ feature allows devices calculate the percentage of water vapor of the set gas and adjusts for viscosity and compressibility—delivering accurate dry gas flow measurements with response times faster than 10 ms.

Accurately relative humidity sensing also helps maintain proper stoichiometry in gas‑phase chemical reactions by ensuring that only the true reactant gases are counted toward reaction ratios. This prevents excess or insufficient dosing, reduces byproducts, and keeps reactions balanced and efficient, which is critical for maintaining precision in chemical dosing, gas mixing, and other sensitive processes.

Bei Alicat-Geräten, die mit RH-Sensoren ausgestattet sind, bleibt die Messunsicherheit unter den folgenden Bedingungen gering: 25 °C, 1 Atmosphäre Druck und 20 °C Taupunkt.

• Gesamtunsicherheit für Wasserstoff (H₂): ± 0.077% of reading
• Gesamtunsicherheit für Sauerstoff (O₂): ± 0.032% of reading

Im Gegensatz dazu, a thermal capacitance flow meter would exhibit less accuracy under the same conditions (± 0.390% for H₂ and ± 0.350% for O₂).

In addition to its high measurement accuracy under humid conditions, Alicat Scientific’s integrated display allows users to monitor certain humidity conditions in real time:

• % der relativen Luftfeuchtigkeit
• Taupunkt
• % Wasserdampf

Alicat devices eliminate the need to do calculations yourself when tracking humidity‑related changes in gas behavior. Additionally, these readings are accessible through digital communication protocols like Serial or Ethernet.

For more information regarding common questions about how relative humidity sensors work with Alicat devices, including specifications, compatibility, and data handling, visit our Relative Luftfeuchtigkeit FAQ

• Die RH-Sensoren sind mit bestimmten flüchtigen organischen Verbindungen (VOCS) nicht kompatibel, da diese bekanntermaßen die Polymerschicht des Sensors verunreinigen, indem sie die für Wassermoleküle vorgesehenen Räume besetzen. Zu den üblichen Schadstoffquellen gehören Kunststoffe und Verpackungsmaterialien, Vergussmassen, Leime, Klebstoffe und Beschichtungen. Dies lässt sich jedoch durch Ausheizen und Zeit weitgehend rückgängig machen.
• The RH sensors are incompatible with corrosive gases. In applications where they are used with Alicat Scientific’s corrosion-resistant MS-series meters und MCS-series controllers, the primary purpose is to protect the sensor from moisture damage.
• Mit steigender Temperatur und Luftfeuchtigkeit nimmt die Genauigkeit des RH-Sensors ab. Bei 90% r.F. beträgt die Genauigkeit etwa ±3%, und über 50 °C liegt die Genauigkeit bei ± 5% des Messwerts. Dennoch kann die Erfassung von Daten über die Gasfeuchte bei einer für ein Alicat-Messgerät geeigneten Temperatur - bevor das Gas in eine heiße, feuchte Umgebung gelangt - hilfreich sein, um zu regeln, wie viel Feuchtigkeit dem Prozess nachgelagert zugeführt oder entzogen werden darf. Ebenso kann die Messung der relativen Feuchte im Gas nach der Abkühlung des Ausgangsstroms als wertvolle Rückmeldung über den vorangegangenen Prozess dienen.
• Der maximale Druck für die Feuchtigkeitssensoren beträgt 16 bar (ca. 15,8 atm oder 232 psi)

In der chemischen, pharmazeutischen und Hightech-Fertigung können selbst kleine Mengen unerwarteter Feuchtigkeit unerwünschte Reaktionen oder Veränderungen im Prozessverhalten verursachen. Es ist auch unvermeidlich, dass kleine Flüssigkeitströpfchen in einem System vorhanden sind.

In Wasserstoff- und Sauerstoff-Elektrolyse-Systemen beispielsweise entscheiden sich die Anwender häufig für Durchflussmesser auf Basis der thermischen Induktion, da Wasserdampf diese Systeme weniger beeinträchtigt als Differenzdruckgeräte, die empfindlicher auf Dichteänderungen durch Wasserdampf reagieren können.

Mit RH-fähigen Geräten von Alicat können Anwender den Wasserdampfgehalt während der Messung korrigieren - und das mit einer deutlich höheren Genauigkeit als bei einem Thermometer. Diese Fähigkeit ist besonders wertvoll in Prozessen, in denen der Taupunkt schnell schwanken kann, da selbst kleine Temperaturänderungen die RH-Messwerte dramatisch beeinflussen können.

Zur weiteren Unterstützung anspruchsvoller feuchter Umgebungen hat Alicat Geräte der MS-Serie bieten Korrosionsschutzoptionen zum Schutz vor Feuchtigkeitsschäden.

Die relative Feuchte in Gasen spielt eine entscheidende Rolle für das Prozessverhalten - von der Strömungsdynamik und Kompression bis hin zu chemischen Wechselwirkungen. Durch die genaue Messung und Berücksichtigung der relativen Feuchte gewährleistet Alicat Scientific eine gleichbleibende Leistung, Sicherheit und Präzision in einer Vielzahl von Anwendungen. Die Normalisierung des reinen, trockenen Gases trägt auch zur Aufrechterhaltung der korrekten Stöchiometrie bei, die in industriellen chemischen Prozessen zur Minimierung von Verunreinigungen und unerwünschten Nebenprodukten aus unausgewogenen Reaktionen entscheidend ist.