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Hybrid-Messfühler: Feuchte messen

Dass die Feuchte im Gesundheitswesen immer wichtiger wird, liegt an der fortschreitenden Technisierung. Dass sie einfach und genau gemessen werden kann, liegt an den High-Tech-Sensoren, die kostengünstig in großen Mengen hergestellt werden können.

AMSYS Bildquelle: © AMSYS

Ein wichtiger Anwendungsbereich für Feuchte-/Temperatursensoren findet sich in der Medizintechnik. Hier sind Präzision und Zuverlässigkeit besonders relevant. Damit ein Sensor diese Anforderungen erfüllen kann, ist besondere Sorgfalt bei Entwicklung und Fertigung gefragt.

Bild 1: Feuchte- und Temperatursensor HTU21D Bildquelle: © AMSYS

Bild 1: Feuchte- und Temperatursensor HTU21D

Bei der »HTU21X«-Serie (Bild 1) von Measurement Specialties (Vertrieb: Amsys) handelt es sich um die integrierte Kombination einer kapazitiven Feuchtigkeitsmesszelle und eines elektronischen Temperatursensors. Kapazitive Sensoren beruhen prinzipiell darauf, dass zwei Elektroden (parallele Metallplatten) einen elektrischen Kondensator bilden, dessen Kapazität gemäß der nachfolgenden Gleichung berechnet werden kann. Für den Kondensator mit einem Isoliermaterial zwischen den Platten gilt:

C = ε0 εr A/d
ε0 = elektrische Feldkonstante
εr = relative Permittivität
A = Kondensatorfläche
d = Abstand der Platten

Bild 2: Aufbau einer kapazitiven Feuchtemesszelle Bildquelle: © AMSYS

Bild 2: Aufbau einer kapazitiven Feuchtemesszelle

Die Permittiviät ε= ε0·εr gibt die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder an. Die relative Permittivität εr eines Stoffes, der sich zwischen zwei Kondensatorplatten befindet, sagt also aus, um das Wievielfache sich die Kapazität eines Kondensators mit Isolator gegenüber einem Kondensator in Vakuum (oder Luft) erhöht.

Die Permittivität ist keine Konstante (früher fälschlicherweise Dielektrizitätskonstante genannt), sondern kann sowohl frequenz- wie auch feuchtigkeitsabhängig sein. Wenn man z. B. ein hygroskopisches, isolierendes Material (Polymer) zwischen die beiden Platten des Kondensators anbringt (Bild 2), ändert sich εr in Abhängigkeit von der vorhandenen Feuchtigkeit, was eine Kapazitätsänderung zur Folge hat, die ausgewertet werden kann.