Psychrometer

Psychrometer sind Messgeräte zur Bestimmung der Luftfeuchte. Im eigentlichen Wortsinne gehören dazu nur die Luftfeuchtemesser, die die Luftfeuchtigkeit aus dem Temperaturunterschied zwischen einem trockenen und einem mit feuchtem Material umhüllten Temperaturfühler bestimmen. Dabei zeigt der mit feuchtem Material umhüllte Sensor in der Regel niedrigere Temperaturen, da er durch die Verdunstung des Wassers abgekühlt wird. Psychros stammt aus dem Griechischen und bedeutet frostig. Auch beim menschlichen Körper funktioniert die Abkühlung über Verdunstung bei Schweiß oder feuchter Kleidung. Wie gut diese Kühlung wirkt, ist vor allem von der Luftfeuchte der Umgebung abhängig. Auch die Luftgeschwindigkeit spielt eine Rolle, da bei Luftwechsel neue Luft nachgeführt wird, die wieder Wasserdampf aufnehmen kann. Die sich am feuchten Thermometer einstellende Temperatur wird - im Gegensatz zur Lufttemperatur - Feuchttemperatur oder Feuchtkugeltemperatur genannt. Häufig werden auch Hygrometer, die die Luftfeuchte nicht über zwei Thermometer bestimmen, als Psychrometer bezeichnet. Eine allgemeinere Bezeichnung, die alle Geräte zur Luftfeuchtemessung einschließt, lautet Hygrometer.

Beim Deutschen Wetterdienst DWD werden auch noch ursprüngliche Psychrometer eingesetzt, z.B. ein durch einen Ventilator belüftetes Psychrometer nach Assmann. In diesem Gerät sind beide Thermometer, also das trockene und das feuchte, vor Strahlungseinflüssen geschützt und werden mit einer Geschwindigkeit von etwa 2,5 m/s drei bis fünf Minuten lang belüftet. Je mehr Feuchtigkeit dabei verdunstet, desto stärker kühlt das feuchte Thermometer ab. Dies liegt daran, dass für den Wechsel vom flüssigen Wasser zum Wasserdampf Energie benötigt wird. Die Verdunstungsmöglichkeit besteht aber nur solange, wie Wasserdampf von der Luft aufgenommen werden kann. Dies kann bei sehr schwüler Luft, zum Beispiel in einem Tropenhaus, am eigenen Körper getestet werden. Bei sehr hoher Luftfeuchte trocknen Schweiß und feuchte Kleidung kaum ab und bewirken deshalb keinen Kühleffekt.

Bauarten digitaler Psychrometer
Digitale Psychrometer bieten den Vorteil, dass der Wert für die Luftfeuchte bereits im Gerät ermittelt und digital angezeigt wird. Die Luftfeuchte muss also nicht mehr vom Anwender mit Hilfe der beiden Temperaturwerte über eine Formel berechnet oder aus Tabellen abgelesen werden. Nur wenige der digitalen Psychrometer arbeiten noch mit Verdunstungskühlung. Bei diesen Gerätemodellen sorgt beispielsweise ein durch einen Wassertank feucht gehaltener Docht für die zuverlässige Kühlung des Feuchtthermometers. Solche Psychrometer erlauben auch Langzeitmessungen mit vergleichsweise hoher Genauigkeit.

Die Mehrzahl der digitalen Psychrometer ermittelt die Luftfeuchte aber nicht aus Feucht- und Trockentemperatur, sondern über einen kapazitiven oder Widerstandssensor. Mit diesem Feuchtesensor wird die Luftfeuchte der Umgebung durch die sich ändernden Widerstands- bzw. Kapazitätswerte bestimmt. Ein zusätzlicher Temperatursensor, der auf dem gleichen Bauteil angeordnet sein kann, misst die Temperatur. Viele dieser Psychrometer können aus den Messwerten für Temperatur und Feuchte über interne Prozeduren die Feuchttemperatur und den Taupunkt ermitteln und anzeigen.

Auswahlkriterien für digitale Psychrometer
Vor der konkreten Suche nach einem Gerät sollte festgelegt werden, über welche Funktionalitäten das Psychrometer verfügen muss. Im folgenden Abschnitt wird kurz auf einige wesentliche Unterschiede eingegangen, auf die bei der Auswahl zu achten ist.

Psychrometer für den stationären oder mobilen Einsatz
In Abhängigkeit davon, ob die Messungen an einem festen Standort oder an verschiedenen Orten stattfinden sollen, kann aus verschiedenen stationären oder mobilen Geräten gewählt werden. Für die Dauerüberwachung in Gewächshäusern, Weinkellern, Archiven und Lagerräumen oder an festen Messpunkten für die Klimatechnik bieten sich stationäre Modelle an, die die Messwerte aufzeichnen oder an andere Geräte übertragen können. Dagegen sollten für die Messung an unterschiedlichen Orten mobile Geräte mit Batteriebetrieb eingesetzt werden. Mobile Psychrometer sind meist mit einem Display zur direkten Anzeige der Messwerte ausgestattet. Es gibt jedoch sowohl mobile als auch stationäre Gerätevarianten, die die Messwerte nicht vor Ort anzeigen aber speichern oder drahtlos übertragen.

Die Sinterkappe als Zusatzausstattung für einige Psychrometer
Damit die Sensoren bei Messungen in sehr feuchter oder staubiger Umgebung nicht durch Anlagerungen aus Wasser oder festen Partikeln beeinträchtigt werden, gibt es für einige Geräte spezielle Sinterkappen. Diese schützen nicht nur vor Flüssigkeiten und Verschmutzung, sondern bieten dem Sensor auch Schutz vor mechanischer Beanspruchung. Die Sinterkappe wirkt wie ein Filter. Die kleinen Poren lassen gasförmige Moleküle durch und halten die flüssigen und festen Partikel zurück. Sinterkappen können abgeschraubt und separat gereinigt werden.

Mess- und Rechenwerte beim Psychrometer
Neben Temperatur und Luftfeuchtigkeit können viele digitale Psychrometer auch die Feuchttemperatur und den Taupunkt ermitteln. Die Feuchttemperatur, die auch als Feuchtkugeltemperatur oder Wet Bulb Temperature bezeichnet wird, ist die tiefste Temperatur, die sich durch Verdunstungskühlung erreichen lässt. Sie stellt sich ein, wenn die Wasserdampfabgabe einer angefeuchteten Fläche im Gleichgewicht mit dem Wasserdampfgehalt der Umgebungsluft steht. Der Kühleffekt entsteht durch den Energiebedarf für den Wechsel von Wasser zu Wasserdampf. Bei einer relativen Luftfeuchte der Umgebungsluft von 100 Prozent, also feuchtegesättigter Luft kann kein Wasser mehr verdunsten, Lufttemperatur und Feuchttemperatur sind also gleich. Geringe Temperaturabsenkungen oder zusätzlicher Wasserdampf führen in dieser Situation dazu, dass aus dem Wasserdampfüberschuss flüssiges Wasser wird. Diese Wasser wird Tauwasser genannt. Der Taupunkt gibt an welche Temperatur eine Oberfläche überschreiten sollte, damit sich auf ihr kein Tauwasser bildet.

Zu den zusätzlichen Werten, die bei einigen Geräten berechnet werden können, gehört unter anderem die absolute Feuchte. Psychrometer, die mit zusätzlichen Sensoren ausgestattet sind, können beispielsweise auch den Luftdruck oder die Strömungsgeschwindigkeit messen. Über die gemessene Geschwindigkeit lässt sich für Lüftungskanäle oder andere Leitungen für Gase auch der Volumenstrom berechnen, wenn sich der Querschnitt erfassen lässt. Einige Geräte sind mit einer Extremwertfunktion ausgestattet, die es erlaubt, die jeweils die Mindest- und Höchstwerte der letzten Messreihe anzuzeigen. Damit auch ohne ständige Kontrolle kritische Werte rechtzeitig auffallen, gibt es zudem Modelle mit Alarmierungsfunktion. Diese warnen optisch, akustisch oder sogar per E-Mail beim Erreichen vorher eingestellter Grenzwerte.

Kalibrierung bei einem digitalen Psychrometer
Digitale Psychrometer werden kalibriert ausgeliefert. Um zu gewährleisten, dass die angegebene Genauigkeit auch nach längerer Nutzung unter gegebenenfalls kritischen Bedingungen erreicht wird, sollten sie in regelmäßigen Abständen kalibriert werden. Für diese Kalibrierung können die Geräte in ein darauf spezialisiertes Kalibrierlabor geschickt werden. Dort wird die Genauigkeit der Messungen für Feuchte und Temperatur nach festgelegten Prozeduren überprüft und ein Zertifikat darüber ausgestellt. Falls die gerätespezifische Genauigkeit bei der Prüfung nicht erreicht wird, kann das Gerät gegebenenfalls neu eingestellt oder repariert werden. Die Hygrometer können auch selbst kalibriert werden. Die Temperatur lässt sich beispielweise durch Vergleichsmessungen mit einem Thermometer höherer Genauigkeit prüfen und für die Luftfeuchte gibt es Kalibriersets mit verschiedenen Feuchtestandards.