Industrielle Feuchtemessung: Grundlagen, Messmethoden, technische Anwendungen

580 Pages·2003·8.41 MB·German

by  Dr. Ing. Roland Wernecke

R.Wernecke
IndustrielleFeuchtemessung
IndustrielleFeuchtemessung.RolandWernecke
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Roland Wernecke
Industrielle Feuchtemessung
Grundlagen, Messmethoden, technische Anwendungen
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ISBN 3-527-30285-9
V
Inhaltsverzeichnis
Vorwort XIX
1 Wasser–BausteinderEntwicklung 1
1.1 Wasseralsnat(cid:1)rlicheRessource 1
1.2 WichtigephysikalischeundchemischeEigenschaftenvonWasser 2
1.2.1 AufbaudesWassermolek(cid:1)ls 2
1.2.2 PhysikalischeEigenschaften 4
1.2.3 ChemischeEigenschaften 5
1.3 BedeutungdesWassersf(cid:1)rdieEnergieerzeugung 6
1.4 AllgemeineBegriffsbestimmung 7
1.5 Literatur 9
2 Begriffe,DefinitionenzurThermodynamik 11
2.1 BegriffederGasfeuchtemessung 11
2.1.1 BeschreibungdesWasserdampfdruckesineinemGas 12
2.1.2 BeschreibungderTemperaturverh(cid:2)ltnisse 14
2.1.3 Psychrometergleichung 17
2.1.4 StofflicheDarstellung,Verh(cid:2)ltnisdarstellungundKonzentrationen 18
2.1.5 WeitereBegriffederFeuchtemesstechnik 23
2.1.6 Literatur 27
2.2 BegriffederFeuchteinfestenundfl(cid:1)ssigenStoffen 27
2.2.1 BindungvonWasserinfestenundfl(cid:1)ssigenStoffen 28
2.2.1.1 WasserinfestenStoffen 28
2.2.1.2 Oberfl(cid:2)chenporen,K(cid:3)rnungundKapillare 29
2.2.2 BegriffeundDefinitionenzurFeststofffeuchte 30
2.2.3 ZusammenhangzwischenGasfeuchteundFeststofffeuchte 33
2.2.4 BegriffeausderTrocknungstechnik 37
2.2.5 WeitereBegriffe 38
2.2.6 Literatur 40
2.3 BegriffezurMess-undRegelungstechnik 40
2.3.1 BegriffezurregelungstechnischenBeschreibungvonSensoren 40
2.3.2 BegriffederProzessbeschreibung 46
2.3.3 AnschlussderSensorikandieRegelungstechnik 48
VI Inhaltsverzeichnis
2.3.4 Messfehlerbeschreibung 50
2.3.5 Literatur 56
3 Wasserinfesten,gasf(cid:1)rmigenundfl(cid:2)ssigenStoffen 57
3.1 Besonderheitenvonfestenundfl(cid:1)ssigenMaterialien 59
3.1.1 KonsistenzfesterStoffe 59
3.1.2 WasserinFl(cid:1)ssigkeiten 60
3.2 GrundprinzipienbeiderMaterialfeuchtemessung 61
3.2.1 Ber(cid:1)hrendeundber(cid:1)hrungsloseMessung 61
3.2.2 ArtenderBindungvonWasserinfestenundfl(cid:1)ssigenMaterialien 63
3.3 Analogiemodelle 63
3.4 Literatur 65
4 MessverfahrenzurErfassungderFeuchteingasf(cid:1)rmigen,festenundfl(cid:2)ssigen
Medien 67
4.1 Einf(cid:1)hrung 67
4.2 MessungderelektrischenEigenschaften 69
4.2.1 GrundprinzipderMessung 71
4.2.2 Niederfrequenzmessungen(NF-Methode) 72
4.2.2.1 Messprinzip 72
4.2.2.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 73
4.2.3 Hochfrequenzmessung(HF-Methode) 75
4.2.3.1 Messprinzip 75
4.2.3.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 77
4.2.4 Mikrowellentechnik 80
4.2.4.1 Messprinzip 81
4.2.4.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 81
4.2.5 Radarmessungen 83
4.2.5.1 Messprinzip 83
4.2.5.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 83
4.2.5.3 Besonderheiten 84
4.2.6 Literatur 84
4.3 MessungimMaterial-Luft-Gemisch 85
4.3.1 Metalloxidmessf(cid:1)hler 85
4.3.1.1 Messprinzip 85
4.3.1.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 86
4.3.1.3 Hauptanwendungen 87
4.3.1.4 Schwingquarz-Hygrometer 87
4.3.2 Psychrometer 88
4.3.2.1 Messprinzip 88
4.3.2.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 88
4.3.2.3 Berechnungsmodell 91
4.3.3 KapazitiveGasfeuchtef(cid:1)hler 91
4.3.3.1 Messprinzip 91
4.3.3.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 92
Inhaltsverzeichnis VII
4.3.3.3 Besonderheiten 95
4.3.4 Taupunktmessger(cid:2)te 98
4.3.4.1 Messprinzip 98
4.3.4.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 99
4.3.5 Zirkonoxidmessger(cid:2)te 104
4.3.5.1 Messprinzip 104
4.3.5.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 106
4.3.6 (cid:5)nderungdergeometrischenEigenschaftennat(cid:1)rlicherundk(cid:1)nstlicher
Materialien 107
4.3.6.1 Messprinzip 107
4.3.6.2 TechnischeAusf(cid:1)hrungvonHaar-undFaserhygrometern 108
4.3.6.3 TechnischeAusf(cid:1)hrungeinesHygrometersmiteinemSensor
ausquellf(cid:2)higemMaterial 110
4.3.7 ResistiveSensoren 111
4.3.7.1 Messprinzip 111
4.3.7.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 112
4.3.8 Literatur 114
4.4 NachweischemischerEigenschaftendesWassersinGasen,festen
StoffenundFl(cid:1)ssigkeiten 115
4.4.1 CoulometrischeMessung 115
4.4.1.1 Messprinzip 115
4.4.1.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 116
4.4.1.3 Besonderheiten 119
4.4.2 Calciumcarbid-Methode 119
4.4.2.1 Messprinzip 119
4.4.2.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 120
4.4.3 Calciumhydrid-Methode 122
4.4.3.1 Messprinzip 122
4.4.3.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 122
4.4.4 Karl-Fischer-Titration 123
4.4.4.1 Messprinzip 123
4.4.4.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 124
4.4.4.3 Anwendungen 125
4.4.5 Feuchteindikator 126
4.4.5.1 Messprinzip 126
4.4.5.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 126
4.4.6 Literatur 129
4.5 ErfassenderoptischenEigenschaftenvonWasserund
Wasserdampf 130
4.5.1 MessungenimInfrarotbereich(IR) 132
4.5.1.1 Messprinzip 132
4.5.1.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 133
4.5.1.3 MessunginFl(cid:1)ssigkeiten 138
4.5.1.4 Messungenanlichtundurchl(cid:2)ssigenfestenMaterialien 139
4.5.2 MessungimultraviolettenBereich(UV-Licht) 140
VIII Inhaltsverzeichnis
4.5.2.1 Messprinzip 140
4.5.2.2 TechnischeUmsetzung 140
4.5.3 MessungmitLichtwellenleitern 143
4.5.3.1 Messprinzip 143
4.5.3.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 144
4.5.4 MessungvonWassertr(cid:3)pfchen(Fl(cid:1)ssigphase) 146
4.5.4.1 TheoretischeGrundlagen–Mie-Streuung 146
4.5.4.2 TechnischeUmsetzung 148
4.5.5 R(cid:2)umlicheDarstellungderTr(cid:3)pfchenverteilung 148
4.5.5.1 Messprinzip 148
4.5.5.2 DigitaleHolografie 149
4.5.5.3 TechnischeUmsetzung 150
4.5.6 Literatur 151
4.6 MessungakustischerEigenschaftenvonWasserdampf 153
4.6.1 Messprinzip 153
4.6.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 153
4.6.3 Literatur 155
4.7 MessungdesSaugdruckesinfeuchtenMaterialien 156
4.7.1 Tensiometrie 156
4.7.1.1 Messprinzip 156
4.7.1.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 157
4.7.2 Gipsblockmethode 159
4.7.2.1 Messprinzip 159
4.7.2.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 160
4.7.2.3 Spezialausf(cid:1)hrungen 160
4.7.3 Literatur 161
4.8 MessungderatomarenEigenschaftendesWasser-
Materialgemisches 161
4.8.1 Neutronenverfahren 162
4.8.1.1 Messprinzip 162
4.8.1.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 162
4.8.2 c-Strahlungsverfahren 163
4.8.2.1 Messprinzip 163
4.8.2.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 164
4.8.3 Literatur 164
4.9 SpektroskopischeMessverfahren 165
4.9.1 Nuklear-magnetischesResonanz-Verfahren(NMR) 165
4.9.1.1 Messprinzip 165
4.9.1.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 166
4.9.2 Literatur 167
4.10 Thermo-gravimetrischeMessung 168
4.10.1 Messprinzip 168
4.10.2 TechnischeAusf(cid:1)hrung 168
4.10.2.1 W(cid:2)rmequellen 170
4.10.2.2 EinsatzvonTrockenmitteln 171
Inhaltsverzeichnis IX
4.10.3 AuswertungderMessung 171
4.10.3.1 Trockenschrankmethode 171
4.10.4 Literatur 173
4.11 MessungderW(cid:2)rmeleitf(cid:2)higkeit 174
4.11.1 Messprinzip 174
4.11.1.1 TechnischeAusf(cid:1)hrung 174
4.11.2 MessungvonWasserbewegungen 174
4.11.3 MessungderAnlagerungvonFeuchte 176
4.11.4 Literatur 176
5 MethodikzurAuswahlderMessverfahrenundGer(cid:3)tetechnik
beiderMaterialfeuchtemessung 177
5.1 CharakterisierungderMessaufgabe 177
5.1.1 ZweckderMessung–warumsollgemessenwerden? 177
5.1.1.1 FeuchtemessaufgabeninnerhalbeinesFertigungsprozesses 177
5.1.2 BedingungenanderMessstelle 180
5.1.2.1 TemperaturdesMessmediums 180
5.1.2.2 EinbauderMesssondeaneinerrepr(cid:2)sentativenStelle 180
5.1.2.3 KonsistenzundZusammensetzungdesMessgutes 181
5.1.2.4 M(cid:3)glicheQuerempfindlichkeiten 181
5.1.3 Literatur 181
5.2 AuswahldesMessverfahrens 182
5.2.1 MethodenzurAuswahleinesMessverfahrens 182
5.2.2 EinteilungderMessverfahreninAnwendungsgruppen 184
5.2.2.1 MethodederGleichgewichtsfeuchtemessung 184
5.2.2.2 MessungmitelektromagnetischenFeldern 186
5.2.2.3 Ber(cid:1)hrungsloseFeuchtemessungmitoptischenVerfahren 186
5.2.2.4 AnwendungderOffline-Feuchtemessverfahren 187
5.2.2.5 WeitereMethodenzurFeuchtemessung 188
5.2.3 Literatur 188
5.3 AuswahlderGer(cid:2)tetechnik 188
5.3.1 VergleichbarkeitderMesstechnik 188
5.3.1.1 Einsch(cid:2)tzungdertechnischenParameterverschiedenerFeuchte-
messger(cid:2)te 189
5.3.1.2 KalkulationderKostenvonHardware,EngineeringundWartungs-
aufwand 189
5.3.2 EinbindungderMesstechnikindenProduktionsprozess 191
5.3.2.1 Laboruntersuchungen 191
5.3.2.2 MessungenunterPraxisbedingungeninderAnlage 192
5.3.3 Literatur 194
X Inhaltsverzeichnis
6 BegriffezurZuverl(cid:3)ssigkeitund(cid:4)berpr(cid:2)fbarkeitvon
Feuchtemesstechnik 195
6.1 R(cid:1)ckf(cid:1)hrbarkeitderMessergebnisse 195
6.2 BegriffeundDefinitionen 196
6.3 AufbaueinesWerkstandards/Kalibrierlabors 197
6.4 Literatur 200
7 FeuchtemessunginderUmwelt,MeteorologieundLandwirtschaft 203
7.1 LandwirtschaftundGartenbau 203
7.1.1 WassergehaltinB(cid:3)denundinlandwirtschaftlichenSubstraten 203
7.1.1.1 BindungvonWasserimBodenundinSubstraten 203
7.1.1.2 MessungderBodenfeuchte 205
7.1.2 FeuchtegehaltinlandwirtschaftlichenProdukten 211
7.1.2.1 Getreidek(cid:3)rner 211
7.1.2.2 FeuchtegehaltvonpflanzlichemFrischfutterundErntegut 213
7.1.3 AnforderungenandieKlimamesstechnikinderLandwirtschaftundim
Gartenbau 216
7.1.4 ErfassenderBenetzungundBetauungvonFr(cid:1)chtenundBl(cid:2)ttern 216
7.1.4.1 MessungderBenetzungimPflanzenbestand 218
7.1.4.2 MessungderBenetzungdirektanderPflanze 220
7.1.5 MessungderFrischevonProdukten 222
7.1.6 Literatur 225
7.2 AbfallwirtschaftundUmwelt 227
7.2.1 MessunganRecyclingmaterialien 227
7.2.1.1 FeuchtegehaltinBiofiltern 227
7.2.1.2 FeuchtegehaltbeiderKompostierung 228
7.2.2 MessunginRauchgasenvonVerbrennungsanlagen 230
7.2.2.1 MessprinzipienzurS(cid:2)uretaupunktbestimmung 231
7.2.3 Literatur 236
7.3 MessungvonWitterungsverh(cid:2)ltnissen 237
7.3.1 Ger(cid:2)tezurelektronischenAufzeichnungderrelativenLuftfeuchteim
Außenklima 238
7.3.1.1 MessungderSchneefeuchte 238
7.3.2 EinrichtenvonMessstationenf(cid:1)rverschiedene
Aufgabenstellungen 239
7.3.3 Straßenzustand 241
7.3.3.1 WinterlicheStraßenzust(cid:2)nde 242
7.3.3.2 ErfassenderrelevantenStraßenzustandsdaten 243
7.3.4 FeuchtemessungingroßerH(cid:3)he 246
7.3.4.1 Ausr(cid:1)stungeinesFlugzeugesmitFeuchtemesstechnik 246
7.3.4.2 FeuchtemessungmitBodenstationen 247
7.3.5 Literatur 247