Kapazitive Feuchtigkeitssensoren basieren prinzipiell darauf, dass zwei Elektroden (parallele Metallplatten) einen elektrischen Kondensator bilden, dessen Kapazität gemessen werden kann. Zwischen den beiden Elektroden wird ein hygroskopisches, isolierendes Material (Polymer) angebracht, das in Abhängigkeit von der absorbierten/desorbierten Feuchtigkeit eine Kapazitätsänderung verursacht, die gemessen werden kann.
Abbildung: Aufbau einer kapazitiven Feuchtemesszelle:
Anwendungen:
Die Feuchtigkeit in hermetisch geschlossenen Hochhäusern und in gedämmten Wohn- und Arbeitsräumen (energieautarke Häuser) ist zu einem modernen Phänomen geworden, das Wohlempfinden, Arbeitseffizienz und Gesundheit erheblich beeinflusst. Die Kombination von Feuchte und Temperatur als Umgebungsmesswerte sind für die Klimatisierung dieser Räume von großer Bedeutung. In diesem Zusammenhang sind auch smart Homes, smart Offices, smart Energy zukunftsgerichtete Anwendungsbereiche, bei denen sich die Komfortzonen über I-Pads oder Tablets individuell einstellen lassen können.
In den neuesten Smartphones ermitteln die Sensoren die Luftfeuchtigkeit und die Umgebungstemperatur am aktuellen Standort des Benutzers. Über eine App wird dem Benutzer dann angezeigt, wie weit die aktuellen Werte von den empfohlenen gesundheitsrelevanten Empfehlungen abweichen.
Optimierte Wasch- und Spülvorgänge sind heute in den modernen Haushaltsgeräten Selbstverständlichkeit. Hier messen Feuchtesensoren die Feuchtigkeit der Wäsche und des Spülraums und bestimmen so den Grad der Trocknung, die heute auf das Wasch- und Spülgut abgestimmt wird um optimale Ergebnisse zu erzielen. Zusätzlich ist es möglich, den Taupunkt zu bestimmen, mit dessen Hilfe die Kondenswasserbildung in den Geräten vermieden werden kann.
Ein wichtiger Einsatzbereich der Feuchte-/Temperatursensoren findet sich in der Medizintechnik. Hier sind z.B. Inkubatoren, Schlafapnoe-Geräte und Anästhesie-Vorrichtungen zu nennen. In all diesen Geräten sind Befeuchter (Humidifikation) vorhanden, die für optimale Atemverhältnisse sorgen. Das Anfeuchten und Temperieren von Inspirationsgase (z.B. Narkosegas) ist bei allen beatmeten Patienten notwendig und eine entsprechende Kontrolle der notwendigen Parameter in den Atemwegen der Patienten unerlässlich.
In der Fahrzeugtechnik können die Sensoren zur Überprüfung der Feuchte in elektronischen Anlagen als auch im Fahrzeuginneren zur Vermeidung von beschlagenen Scheiben eingesetzt werden. Wenn die Scheiben im Automobil beschlagen sind, ist es zu spät, um z.B. mit dem Gebläse die Sicht schnell wieder herzustellen. Abhilfe kann in diesen Fällen eine Gebläseregelung schaffen, die auf der Berechnung der Taupunkttemperatur basiert und schon vor dem Beschlagen reagiert.
Anwendungsnotiz: Feuchtigkeitssensor mit Stromschleife
Dass die Feuchtigkeit als Messgröße immer wichtiger wird, liegt an der fortschreitenden Automatisierung; dass sie einfach und genau gemessen werden kann, liegt an den High-Tech-Sensoren, die kostengünstig in großen Mengen hergestellt werden können. Da diese in der Mehrzahl C_MOS Bauteile sind und deshalb digitale Ausgangssignale haben, aber z.B. in der Automatisierungsindustrie nach wie vor störungsfeste, analoge Signale benötigt werden, wird in der vorliegenden Anwendungsnotiz dem Rechnung getragen und eine entsprechende analoge 2-Draht- (Current loop) Schaltung in Verbindung mit einem Feuchtigkeitssensor beschrieben.
Weitere Informationen über Feuchtigkeitssensoren finden Sie hier in unserer Anwendungsnotiz