Taupunktmessung

Auf den (Tau-)Punkt gebracht

Wo immer Druckluft zum Einsatz kommt, ist eine genaue und kontinuierliche Überwachung der Taupunkttemperatur ratsam. Der Taupunkt gibt Auskunft über den absoluten Feuchtegehalt der Druckluft. Ein zu hoher Feuchtegehalt kann die Qualität des Endproduktes mindern oder zu Problemen im Fertigungsprozess bis hin zum kompletten Anlagenstillstand führen. Das österreichische Unternehmen E+E Elektronik bietet verschiedene Möglichkeiten der Taupunktmessung.

Der Taupunkt, oder auch Taupunkttemperatur (Td), ist die Temperatur, auf die Luft abgekühlt werden muss, damit das in der Luft enthaltene Wasser kondensiert.

Der Taupunkt, oder auch Taupunkttemperatur (Td), ist die Temperatur, auf die Luft abgekühlt werden muss, damit das in der Luft enthaltene Wasser kondensiert. Die Taupunktmessung bezieht sich auf die absolute Menge an Wasserdampf, der in der Luft enthalten ist. Im Gegensatz dazu gibt die Messung der relativen Feuchte an, wie nahe die Luft dem Sättigungspunkt ist. Da sich der Taupunkt auf die absolute Menge an Wasserdampf in der Luft bezieht, ändert sich die Taupunkttemperatur bei einer Änderung der Umgebungstemperatur nicht. Wenn die Lufttemperatur sich der Taupunkttemperatur nähert, dann steigt die relative Feuchte und damit die Kondensationsgefahr. Diese Zusammenhänge inklusive der Berechnung der Messunsicherheiten können mit dem Feuchterechner von E+E Elektronik einfach berechnet werden.

„Viele Jahre lang wurden die Probleme durch feuchte Luft in Druckluftleitungen toleriert. Die Entwicklung immer anspruchsvollerer Fertigungsprozesse und Produkte hat den Bedarf für saubere, trockene Druckluft massiv erhöht“, weiß Martin Raab, Produktmanager bei E+E Elektronik. Da beim Komprimieren der Luft auch die Temperatur ansteigt, geschieht die Kondensation nicht direkt im Kompressor, sondern erst in der Rohrleitung, wenn die Temperatur fällt. Durch einen Kondensatableiter und Filter wird zwar das Wasser aus der Druckluft entfernt, die Luft ist aber immer noch sehr nahe dem Sättigungsdampfdruck. Das heißt, die Luft hat eine relative Feuchte nahe 100 % rF. „Der Einsatz von Drucklufttrocknern und zuverlässiger Messtechnik zur Druckluftüberwachung ist daher unabdingbar“, so Raab.

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Bei dem monolithischen Taupunktsensor der Serie HMC sind der Feuchtesensor und der Temperatursensor auf demselben Substrat aufgebaut.

Sehr genau kann der Taupunkt direkt mit einem Tauspiegelhygrometer (Taupunktspiegel) gemessen werden. Dabei wird ein temperierbarer Spiegel so weit abgekühlt, bis an der Oberfläche Kondensation entsteht. Durch die Kondensation ändert sich die Reflektivität der Spiegeloberfläche. Eine Messoptik detektiert das und die zugehörige Spiegeltemperatur entspricht der Taupunkttemperatur. Mit modernen Taupunktspiegeln können Taupunkte im Bereich von –100 °C Td bis +100 °C Td mit einer Messgenauigkeit von ±0,1 °C Td gemessen werden.

Taupunktspiegel sind hochgenaue und teure Messgeräte, die vor allem als Referenzgeräte in Kalibrierlabors Verwendung finden. Aufgrund der Bauform sind die Taupunktspiegel für den Einbau in Druckluftleitungen ungeeignet.

Für die Taupunktüberwachung in Druckluftleitungen werden in der Praxis kompakte Taupunktmessumformer mit hygrometrischem Messprinzip eingesetzt. Solche Taupunktmessgeräte mit einem kapazitiven Feuchtesensor und einem Temperatursensor berechnen anhand der gemessenen relativen Luftfeuchte und der Temperatur den Taupunkt mit einer Messgenauigkeit von ±2 °C Td über den für Druckluftanwendungen relevanten Messbereich von –60…60 °C Td. Voraussetzung dafür ist ein besonders hochwertiger kapazitiver Sensor in Kombination mit einem Autokalibrationsverfahren. Ein Beispiel dafür ist der von E+E Elektronik entwickelte monolithische Taupunktsensor der Serie HMC. Hier sind der Feuchtesensor und der Temperatursensor auf demselben Substrat aufgebaut. Durch die hervorragende thermische Kopplung zwischen den beiden Sensoren ist ein reproduzierbares Autokalibrationsverfahren überhaupt erst möglich.

Bei der Autokalibration wird der Sensor in regelmäßigen Abständen aufgeheizt. Durch das Aufheizen sinkt die relative Luftfeuchte am Feuchtesensor auf 0 %, was den automatischen Nullpunktabgleich ermöglicht. Dadurch ist eine sehr hohe Messgenauigkeit bei besonders niedriger relativer Feuchte und der entsprechenden niedrigen Taupunkttemperatur möglich.

„Wer bei der Drucklufttrocknung spart, riskiert mangelhafte Produktqualität, Störungen im Prozessablauf bis hin zum Anlagenstillstand und Produktionsausfall. Mit einer exakten Taupunktüberwachung wird die Druckluftqualität sichergestellt und teure Folgekosten können vermieden werden. Die Investition in eine maßgeschneiderte Lösung zur Taupunktmessung zahlt sich also aus“, ist Raab überzeugt. ee

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