Best Practice bei der Kalibrierung, Methoden und Implementierung

Die Bedeutung der Feuchtigkeitsmessung

Die relative Luftfeuchtigkeit (RH) ist ein wichtiger Umweltparameter, der zahlreiche Bereiche beeinflusst. Sie spielt eine wichtige Rolle bei der Konservierung von Lebensmitteln und Saatgut, beeinflusst die Haltbarkeit von pharmazeutischen Produkten und ist für die Klimatisierung in einer Vielzahl von Produktionsstätten von entscheidender Bedeutung.

Fehlerhafte Feuchtigkeitsmessungen können zu einer Beeinträchtigung der Produktqualität, instabilen Prozessen oder der Nichteinhaltung gesetzlicher Grenzwerte führen. In allen Bereichen, in denen die Kontrolle der Umgebungsbedingungen von entscheidender Bedeutung ist, ist eine zuverlässige Messung der relativen Luftfeuchtigkeit unerlässlich.

Verständnis der relativen Luftfeuchtigkeit und ihrer Abhängigkeiten

Die relative Luftfeuchtigkeit ist definiert als das Verhältnis des Partialdrucks des Wasserdampfs in der Luft zum maximal möglichen Druck bei derselben Temperatur, ausgedrückt in Prozent. Oder einfacher ausgedrückt: Wie viel Wasserdampf ist in der Luft enthalten im Vergleich zu der Menge, die vor dem Auftreten von Kondensation vorhanden sein könnte?

Sie hängt stark von der Temperatur und dem Taupunkt ab, was bedeutet, dass selbst geringfügige Schwankungen dieser Variablen zu erheblichen Änderungen der RH führen können. Diese Empfindlichkeit unterstreicht die Notwendigkeit stabiler Umgebungsbedingungen bei der Kalibrierung von Feuchtigkeitssensoren.

Kalibrierung: Definition und technische Relevanz

Kalibrierung ist der Vorgang, bei dem die Ausgabe eines Messgeräts unter definierten, kontrollierten Bedingungen, bei denen ein Gleichgewicht erreicht wurde, mit einer bekannten Referenz verglichen wird. Dabei wird das zu prüfende Gerät nicht verändert oder angepasst. Stattdessen werden Abweichungen von der Referenz quantifiziert, sodass Benutzer die Leistung bestimmen, gegebenenfalls Korrekturen vornehmen und beurteilen können, ob das Gerät für den weiteren Einsatz geeignet ist.

Durch die Kalibrierung können wichtige Eigenschaften wie Messfehler, Wiederholbarkeit, Temperaturkoeffizienten und Langzeitdrift bewertet werden. Dieser Prozess bildet die Grundlage für die Zuordnung von Unsicherheitswerten und die Validierung der Geräteleistung, insbesondere in regulierten Umgebungen, in denen Genauigkeit und Rückführbarkeit von entscheidender Bedeutung sind.

Übersicht über Methoden zur Feuchtekalibrierung

Je nach gewünschter Genauigkeit, Betriebsbedingungen und Sensortypen kommen verschiedene etablierte Techniken zur Feuchtekalibrierung zum Einsatz.

1. 1.) Nicht gesättigte Salzlösungen werden häufig in kompakten Edelstahlkammern verwendet, um feste Feuchtepunkte zu erzeugen. Diese Lösungen basieren auf wässrigen Salzen mit bekannten Dampfdruck-Eigenschaften und werden in der Regel mit rückführbaren Zertifikaten geliefert. Sie sind temperaturabhängig und erreichen in der Regel Unsicherheiten im Bereich von 0,5 % bis 1,3 % rF.
2. 2.) Gesättigte Salzlösungen erzeugen über einen längeren Zeitraum stabile Referenzumgebungen. Der resultierende Dampfdruck – und damit die relative Feuchte – ist unter stabilen Temperaturbedingungen konstant. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass keine ungelösten Kristalle vorhanden sind, da Trocknen oder Überfeuchten die Leistung beeinträchtigen können.
3. 3.) Feuchtigkeitskalibratoren, wie der HC100A
4. 3.) Feuchte-Kalibratoren, wie der HC100A von Rotronic, sind tragbare Geräte, mit denen mehrere Sensoren gleichzeitig bei Umgebungstemperatur bewertet werden können. Diese Systeme decken einen breiten RH-Bereich ab und eignen sich gut für Feldanwendungen oder Chargenprüfungen.


5. 4.) Feuchte- und Temperaturkalibratoren, wie der Rotronic HygroGen2, bieten erweiterte Funktionen und ermöglichen die Kalibrierung der relativen Feuchte über einen Bereich kontrollierter Temperaturbedingungen.

Diese Systeme unterstützen Umgebungen mit hoher Stabilität und sind entscheidend für die Reduzierung von Unsicherheiten während der Kalibrierung. Aufgrund ihrer Flexibilität eignen sie sich besonders für In-situ- oder prozessbezogene Kalibrierungen.

Taupunktspiegel-Hygrometer: Eine hochpräzise Referenz

Ein Taupunktspiegel-Hygrometer bietet eine zuverlässige und wiederholbare Referenz für die Kalibrierung der relativen Luftfeuchtigkeit. Es funktioniert durch Kühlung einer Spiegeloberfläche bis zum Auftreten von Kondensation. Im Gleichgewicht – wenn Kondensation und Verdunstung gleich sind – entspricht die Spiegeltemperatur dem Taupunkt. Dieser wird direkt mit einem Platin-Widerstandsthermometer gemessen, ohne dass Variablen berechnet oder abgeleitet werden müssen.

Aufgrund ihrer geringen Drift und ihrer inhärenten Wiederholbarkeit sind Taupunktspiegel-Hygrometer weithin als hochwertiger Referenzstandard anerkannt, insbesondere in Laborumgebungen, in denen Präzision und Konsistenz von größter Bedeutung sind. Michell bietet eine Reihe von Taupunktspiegeln an, darunter den Optidew und den S8000 Remote.

Überprüfung von Messgeräten: Die Rolle von Einpunktprüfungen

Es ist wichtig, zwischen einer Einpunktprüfung und einer vollständigen Kalibrierung zu unterscheiden. Bei einer Einpunktprüfung wird ein Feuchtigkeitssensor unter einer vorherrschenden Bedingung mit einer kalibrierten Referenz verglichen. Dies kann zwar als schnelle Validierung oder Funktionstest nützlich sein – insbesondere in mechanischen oder HLK-Systemen –, gilt jedoch nicht als Kalibrierung.

Eine echte Kalibrierung erfordert einen Vergleich unter einer Reihe von Bedingungen, die unter Gleichgewicht durchgeführt werden, um die Leistung des Messgeräts vollständig zu charakterisieren. Einpunktprüfungen sollten niemals eine formelle Kalibrierung ersetzen, wenn genaue und rückverfolgbare Daten erforderlich sind.

Fazit

Die Kalibrierung der relativen Feuchte ist ein wesentlicher Bestandteil der Aufrechterhaltung der Datenqualität, der Systemzuverlässigkeit und der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften. Durch die Implementierung bewährter Kalibrierungsmethoden, die Arbeit unter kontrollierten Bedingungen und das Verständnis der physikalischen Abhängigkeiten der relativen Feuchte können Ingenieure die langfristige Genauigkeit und Funktionalität ihrer Messsysteme sicherstellen.

Autor: Kasia Szewczyk, Produktmanagerin für Taupunktspiegel und Kalibrierung

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