Der erste Schritt zur Einrichtung einer Kalibrierungseinrichtung kann entmutigend sein, egal ob es sich um ein akkreditiertes Labor für die Kalibrierung von relativer Feuchte/Taupunkt handelt oder um eine interne Kalibrierungsabteilung, aber er muss nicht übermäßig kompliziert sein, vor allem nicht mit fachkundiger Beratung.
Dieser ausführliche Artikel behandelt alles, was Sie bei der Planung oder Auswahl eines Feuchtekalibriersystems beachten müssen, und gibt Beispiele für die erforderlichen Geräte und Komponenten.
Unser Glossar der Kalibrierungsbegriffe enthält nützliche Definitionen und Erläuterungen.
Welche Parameter werden bei Kalibrierungen der relativen Luftfeuchtigkeit und des Taupunkts gemessen?
Welche Ausrüstung benötigen Sie für innerbetriebliche Kalibrierungen der relativen Feuchte und des Taupunktes?
Wenn Sie sich entschieden haben, dass die Durchführung von Kalibrierungen im eigenen Haus die beste Option für Ihr Unternehmen ist, müssen Sie sicherstellen, dass Sie eine Ausrüstung wählen, die Ihren Anforderungen entspricht.
Dieser Leitfaden soll Ihnen helfen, mehr über die verfügbaren Optionen zu erfahren; eine Beratung durch einen Experten auf diesem Gebiet ist jedoch ebenfalls sehr zu empfehlen. Wir bieten einen umfassenden Unterstützungsdienst, um sicherzustellen, dass die Einrichtung für Sie funktioniert.
Die wichtigsten Elemente, die Sie vor der Auswahl eines Systems berücksichtigen sollten, sind:
Messgröße
Es ist wichtig, Ihren Kalibrierungsbedarf zu verstehen.
Relative Feuchte, Temperatur und Taupunkt sind in der Regel die Parameter, auf die Sie sich bei der Kalibrierung von Geräten für relative Feuchte oder Taupunkt konzentrieren werden.
Diese Parameter sind in verschiedenen Branchen von entscheidender Bedeutung, z. B. in der pharmazeutischen Industrie, in der Fertigung und bei der Umweltüberwachung, wo eine präzise Kontrolle und Messung die Produktqualität, die Sicherheit und die Einhaltung von Vorschriften erheblich beeinflussen kann.
Taupunkt,
Die Einrichtung eines Taupunkt-Kalibrierungsstandes erfordert eine spezielle Ausrüstung und eine sorgfältige Planung, um eine genaue Kalibrierung der Instrumente zu gewährleisten. Dies ist besonders wichtig bei extrem niedrigen Taupunkten (-100 oCdp).
Die benötigte Ausrüstung hängt natürlich von der Höhe des Taupunkts ab, bei dem Sie das Instrument kalibrieren müssen, und davon, ob die Kalibrierung bei der Umgebungstemperatur oder bei einer bestimmten Temperatur erfolgen muss.
Die Kalibrierung erfolgt in der Regel durch den Einbau der Sensoren in einen Verteiler (manchmal in einer temperaturgeregelten Kammer), der an einen Taupunkt-Generator angeschlossen ist; manchmal gehört dazu auch ein Trockner.
Für extrem niedrige Taupunkte werden ein anspruchsvollerer Taupunktgenerator, ein Verteiler und ein Taupunktspiegel als Referenz benötigt.
Relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur
Für die Kalibrierung von Sensoren für die relative Feuchte gibt es verschiedene Ansätze. In jedem Fall ist es wichtig, dass die Geräte in einer Umgebung mit einer stabilen Temperatur verwendet werden, idealerweise in einem temperaturgeregelten Raum.
Der häufigste Ansatz ist die Kalibrierung sowohl des Relativfeuchte- als auch des Temperaturkreislaufs des Geräts. Dazu werden die Sensoren direkt in eine Kalibrierungskammer gestellt, die die erforderlichen Feuchtigkeits- und Temperaturbedingungen erzeugt. In der Kammer herrschen stabile Bedingungen, was zu einer zuverlässigeren Kalibrierung und geringeren Unsicherheiten führt.
Relative-Feuchtesensoren können auch bei Umgebungstemperatur kalibriert werden; in diesem Fall wird nur der Feuchtekreis des Sensors kalibriert. Dazu können entweder gesättigte oder ungesättigte Salzlösungen oder Feuchtevalidatoren verwendet werden, die Sättigungs- und Trockenmittelreservoirs nutzen.
Messbereich,
Der nächste entscheidende Faktor ist der Messbereich. Die Fragen, die sich hier stellen, sind:
Kalibrierung der relativen Luftfeuchtigkeit in einer temperaturgeregelten Kammer
Temperaturkontrollierte Kammern sind die gängigste Lösung für die Kalibrierung von Geräten zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit. Diese erzeugen eine stabile Umgebung bei einer Reihe von Feuchtigkeitsniveaus und Temperaturen und tragen in Verbindung mit einem Taupunktspiegel-Hygrometer als Referenzinstrument zu einem erhöhten Vertrauen in die Messung bei.
Bei PST bieten wir eine vielfältige Auswahl an Kalibrierkammern an, darunter den HygroGen2 von Rotronic mit erweiterten Messbereichen von -5...60 °C und 2...99 %rh oder den OptiCal von Michell mit eingebauter Taupunktspiegel-Referenz.
Eine weitere Option aus dem Messbereich von PST ist das Michell Instruments HG10. Dieses komplette Kalibriersystem verwendet einen externen Feuchtegenerator, um einen Luftstrom mit genau kontrollierter Feuchte direkt in einen Verteiler innerhalb einer temperaturgeregelten Kammer und einen Taupunktspiegel zu leiten. Der Feuchtegenerator wird mit frischer, trockener Luft aus einem Druckwechseltrockner gespeist und kann sehr niedrige Feuchten bei einer bestimmten Temperatur erreichen, mit einem Gesamtbereich von 1...95 %rF.
Taupunkt-Kalibrierung,
Die Kalibrierung von Taupunktsensoren, insbesondere bei niedrigen Taupunktwerten, erfordert den Einsatz von anspruchsvolleren Taupunktgeneratoren und -trocknern.
Saubere Druckluft wird durch einen Trockner geleitet, um eine konstant geregelte Quelle trockener Luft zu schaffen, dann wird die trockene Luft durch einen Taupunkt-Generator geleitet, um einen feuchtigkeitsbeladenen Gasstrom zu erzeugen, der dann - in unterschiedlichen Anteilen, in mehreren Stufen - gemischt wird, um Luftproben mit unterschiedlichen Feuchtigkeitskonzentrationen zu erzeugen. Diese wird dann in einen Verteiler oder eine Kammer geleitet und dann sowohl dem zu prüfenden Gerät als auch dem Taupunktspiegel zugeführt.
Wir bieten eine große Auswahl an Druckwechseltrocknern, Generatoren und Taupunktspiegel-Hygrometern an; die Optionen werden im Folgenden beschrieben.
Welche Geräte benötigen Sie für Taupunkt Kalibrierungen?
Luftquellen
Taupunkt-Kalibriersysteme benötigen für den korrekten Betrieb saubere und trockene Druckluft. Die erforderliche Spezifikation dieser Luft variiert je nach ausgewähltem Modell des Druckwechseltrockners, aber typischerweise sollte sie einen Druck von etwa 7 bar (100 psig) aufweisen. Bei Kalibrierungssystemen, die für einen Taupunkt von <-80 °C (<-112 °F) ausgelegt sind (im Allgemeinen solche, die den PSD4 verwenden), muss die Versorgungsluft auf einen Taupunkt von <-40 °C (<-40 °F) vorgetrocknet werden, um die Wirksamkeit des Druckwechseltrockners zu maximieren.
Für Anwender, die vor Ort keine Druckluft oder Instrumentenluft zur Verfügung haben, kann Michell Instruments für jeden Systemtyp geeignete Kompressoren und einen Vortrockner zur Verwendung mit Systemen liefern, die für <-80 °Cdp (-112 oFdp) ausgelegt sind.
Druckpendel-Trockner
Unsere Lufttrockner arbeiten nach dem 'Druckwechsel'-Prinzip. Zwei Trockenmittelsäulen sind parallel zueinander geschaltet. Die Druckluft vom Trocknereinlass wird durch die erste Trockenmittelsäule geleitet, um praktisch die gesamte vorhandene Feuchtigkeit zu entfernen. Der größte Teil der trockenen Luft aus dieser Säule wird teilweise entspannt, um den Taupunkt weiter zu senken, und dann zum Trocknerausgang geleitet. Die verbleibende trockene Luft wird verwendet, um die zweite Trockenmittelsäule zu spülen, die nicht in Betrieb ist, um die während des Betriebszyklus gesammelte Feuchtigkeit an die Atmosphäre abzugeben.
Nach einer bestimmten Zeit wird die Funktion der beiden Säulen umgeschaltet - die erste Säule wird neu generiert, während die zweite Säule in Betrieb ist und einen Trockenluftstrom erzeugt. Im Rahmen der Umschaltung wird der Druck in der Offline-Kolonne schnell abgelassen, wodurch die vom Trockenmittel adsorbierte Feuchtigkeit freigesetzt und abgeführt wird. Ein Zyklus dieses Vorgangs ist in Abbildung 1 schematisch dargestellt.
Die Trockner sind sehr wartungsarm und erfordern unter normalen Betriebsbedingungen nur etwa alle 5 Jahre einen Trockenmittelwechsel. Das hocheffiziente Spül-/Regeneriersystem ermöglicht es dem Trockner, während der gesamten Lebensdauer des Trockenmittels auf demselben Hochleistungsniveau zu arbeiten.
Wir bieten zwei Trocknermodelle an:
Taupunkt-Generatoren
Eine trockene Gasquelle wird dem Generator von einem Druckwechseltrockner zugeführt und in zwei Ströme aufgeteilt. Ein Strom wird über eine Sinterglasdüse mit flüssigem Wasser durchströmt, so dass er vollständig mit Wasserdampf gesättigt ist, während der andere Strom trocken bleibt. Die beiden Gasströme werden dann bei atmosphärischem Druck in einem ein- oder mehrstufigen Prozess gemischt, um die gewünschte Luftfeuchtigkeit zu erzeugen. Das gesamte Gehäuse ist isoliert und temperaturgesteuert, so dass die Sättigung und damit die Leistung stets gleichbleibend sind.
Eine einzige Mischstufe bietet eine grobe Einstellung, die auf etwa -40 °Cdp (-40 °Fdp) begrenzt ist. Um trockenere Taupunkte zu erzeugen, wird der Ausgang dieser ersten Stufe ein zweites Mal mit der Trockengasquelle gemischt, was eine feinere Einstellung für niedrige Feuchtigkeitskonzentrationen bis zu -75 °Cdp (-103 °Fdp) ermöglicht. Für Spurenfeuchte kann eine dritte Stufe hinzugefügt werden, bei der der Ausgang der zweiten Stufe wiederum mit der Trockengasquelle gemischt wird, was die Möglichkeit bietet, Taupunkte bis zu -90 °Cdp (-130 °Fdp) zu erzeugen. Der Taupunkt von -100 °C (-148 °F) wird direkt vom Ausgang des Trockners abgenommen.
Die Taupunkt-Generatoren der Michell DG-Serie basieren auf der volumetrischen Mischung von trockenen und feuchten Gasen. Im Vergleich zu anderen Technologien zur Taupunkterzeugung (z. B. Zweifach-Temperatur, Zweifach-Druck oder eine Kombination aus beidem) ermöglicht dies die schnellste Reaktion beim Wechsel zwischen verschiedenen Sollwerten. Die Vermischung wird entweder durch Durchflussmessventile für eine manuelle Steuerung des Zieltaupunkts oder automatisch durch eine Reihe von voreingestellten Dosierventilen gesteuert, die durch die Betätigung von Magnetkombinationen ausgewählt werden, um zwischen den verschiedenen Nass-Trocken-Mischverhältnissen zu wechseln.
Manuelles Mischen - DG2 & DG3
Das DG3, mit manueller einstufiger Mischung, erzeugt Taupunkte im Bereich von -40 bis +20 °Cdp (-40 bis +68 °Fdp). Trockenere Taupunkte, bis hinunter zu -75 °Cdp (-103 °Fdp), können mit dem DG2 erreicht werden, der über eine zweite Stufe der Gasdurchmischung verfügt. Die großen Stärken des DG2 und des DG3 sind die einfache Bedienung und die Flexibilität bei der manuellen Einstellung eines genauen Zieltaupunktes durch Feinabstimmung des Gasgemisches über die Durchflussmessventile. Eine Tabelle mit den Nenndurchflüssen wird mit dem Generator geliefert, um den Benutzer bei der Einstellung der Dosierventile für jeden gewünschten Sollwert zu unterstützen.
Automatisches Mischen - ADG400
Der ADG400 verwendet ein zweistufiges Durchflussmischsystem mit Massendurchflussregler, um trockene Luft und gesättigte Luft in genau vordosierten Anteilen zu mischen. Dadurch kann der Betreiber einen Messbereich von -80 bis +20 °C (-112 bis +68 °F) erzeugen. Der Generator ist werkseingestellt mit 11 Kalibrierungs-Sollwerten in 10 °Cdp-Intervallen über den gesamten Messbereich, mit der Möglichkeit, 13 zusätzliche Benutzer-Sollwerte zu speichern. Der Generator kann über die HMI mit manueller Steuerung oder zeitgesteuerten Kalibrierungsprofilen, PC-Software oder über serielle Befehle über die USB-Schnittstelle gesteuert werden.
Automatisches Mischen - VDS
Um Taupunkte bis zu -100 °C (-148 °F) zu erzeugen, ist ein anspruchsvolleres System erforderlich. Der softwaregesteuerte VDS-Generator (Vapor Delivery System) ermöglicht eine präzise, wiederholbare und flexible Steuerung des erzeugten Taupunkts. Individuelle, dreistufige Massendurchflussregler wählen präzise Anteile von feuchter und vorgemischter Luft.
Die Feuchtezufuhr wird durch einen Flüssigkeitsmassenstromregler und ein kontrolliertes Verdampfungssystem erreicht. Das gesamte System wird von einer speziellen PC-Software gesteuert, mit der automatische Kalibrierungsprogramme erstellt oder Sollwerte manuell ausgelöst werden können.
Steuerung
Es gibt vier Optionen für die Sollwertsteuerung, die je nach Modell des Generators variieren. Dies ist ein wichtiger Faktor, der zu berücksichtigen ist, da einige Systeme einen höheren Automatisierungsbedarf haben können. Dies gilt insbesondere, wenn das System für die Kalibrierung vieler Sensoren ausgelegt ist:
Referenzgeräte
Taupunktspiegel-Hygrometer sind Präzisionsinstrumente für kritische Mess- und Regelanwendungen. Taupunktspiegel, messen eine primäre Eigenschaft von Feuchtigkeit - die Temperatur, bei der sich Kondensation auf einer Oberfläche bildet. Das bedeutet, dass Taupunktspiegel-Hygrometer:
Taupunktspiegel Betrieb,
Der Taupunktspiegel-Sensor besteht aus einem temperaturgesteuerten Spiegel und einem fortschrittlichen optischen Erkennungssystem. Ein Lichtstrahl von einer LED wird mit einer festen Intensität auf die Spiegeloberfläche fokussiert. Wenn der Spiegel gekühlt wird, wird aufgrund des Streueffekts des an der Spiegeloberfläche gebildeten Kondensats weniger Licht reflektiert. Die Werte des reflektierten und gestreuten Lichts werden von zwei Fotodetektoren gemessen und mit einem dritten Referenzdetektor verglichen, der die Intensität des Lichts von der LED misst.
Die Signale dieses optischen Systems werden zur präzisen Steuerung der Ansteuerung eines thermoelektrischen Festkörperkühlers (TEC) verwendet, der die Spiegeloberfläche erwärmt oder kühlt. Die Spiegeloberfläche wird dann in einen Gleichgewichtszustand gesteuert, in dem Verdampfung und Kondensation in gleichem Maße stattfinden. In diesem Zustand ist die mit einem Platin-Widerstandsthermometer gemessene Temperatur des Spiegels gleich der Taupunkttemperatur des Gases.
Auswahl eines Referenzgeräts
Das Angebot an Taupunktspiegel-Referenzhygrometern von Michell Instruments verfügt über Messmöglichkeiten, die auf die Leistung der verschiedenen Rh- und Taupunktgeneratoroptionen abgestimmt sind. Aus den bereits in diesem Leitfaden erläuterten Gründen ist eine hochgenaue Referenz für die Durchführung rückführbarer, glaubwürdiger Kalibrierungen unabdingbar.
Die Messgenauigkeit der Umgebungstemperatur der meisten Taupunktspiegel von Michell Instruments beträgt ±0,1 °C (±0,18 °F). Wenn der Kalibrierungsparameter die relative Luftfeuchtigkeit ist, dann ist auch eine Messung der Umgebungstemperatur als weiterer Eingang in die Gleichung erforderlich, die diese aus dem Taupunkt bestimmt: Der Dampfdruck (e) wird durch Lösen der Formel von Sonntag (1990) für die aktuelle Taupunkttemperatur bestimmt. Der Sättigungsdampfdruck (es) wird durch Wiederholung des Prozesses für die Umgebungstemperatur ermittelt. Daraus ergibt sich die relative Luftfeuchtigkeit in %rF.
Diese Berechnung ist anerkannt und in der Veröffentlichung des National Physical Laboratory von 1996, 'A Guide to the Measurement of Humidity' veröffentlicht. Ihre Anwendung führt in den meisten Fällen immer noch zu geringeren Messunsicherheiten als bei Hygrometern, die die relative Feuchte direkt messen.
Kalibrierung,
Obwohl die Taupunktspiegel-Hygrometer von Michell Instruments grundlegend sind und eine sehr geringe Drift aufweisen, empfehlen wir Ihnen, das Gerät regelmäßig gegen eines unserer Transfernormale zu kalibrieren, um die Rückführbarkeit Ihrer Referenz zu gewährleisten.
Verteiler
Für die Taupunktsensoren von Michell Instruments sind standardisierte oder kundenspezifische Manifolds erhältlich, je nachdem, wie viele Sensoren gleichzeitig auf dem System kalibriert werden sollen. Wir können auch kundenspezifische Verteiler zur Aufnahme von Nicht-Michell-Sensoren oder -Instrumenten entwerfen; die optimale Konfiguration wird anhand der Abmessungen des Geräts und seiner Montageanordnung entworfen.
Integration
Wir können verschiedene Systemkomponenten und Funktionen integrieren, wie z.B. die Aufzeichnung der zu prüfenden Sensoren, das Referenzgerät und andere Erweiterungen. Bitte kontaktieren Sie uns für weitere Details.
Wir sind in einzigartiger Weise qualifiziert, unsere Kunden zu beraten, die ihre eigenen Feuchtekalibrierungen durchführen möchten. Wir stellen einen breiten Messbereich an Feuchtekalibriergeräten her (von voll integrierten Tischkalibratoren bis hin zu den einzelnen Komponenten, die für ein kundenspezifisches System benötigt werden), die wir täglich in unseren eigenen Feuchte- und Temperaturkalibrierlabors weltweit einsetzen.
Leitfaden zur Auswahl von Kalibrierungssystemen
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Kalibrierung von Feuchte und Temperatur
Zugehörige Informationen
PST Kalibrierung, Taupunkt, Dienstleistungen
PST Kalibrierung der relativen Luftfeuchtigkeit
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