Feuchtemessung: Wie wird Feuchte gemessen?

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ACO Automation Components Johannes Mergl e.K.
aktualisiert am 28.04.2020 - 10:41:48
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Mithilfe von Feuchtemessung bzw. Feuchtemessgeräten wird der Wassergehalt in den verschiedensten Materialien wie Feststoffen, Schüttgütern (Granulaten, Pulvern …), Flüssigkeiten oder Gasen bestimmt.

Frage/Definition: Was ist/sind Feuchtemessung?
Auch oft gesucht: Kapazitive Feuchtemessung, Feuchtemesser, Feuchtigkeitsmessgerät, Feuchtemesssensor



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So funktioniert Feuchtemessung mit Biomasse



In vielen Produktionsanlagen wie beispielsweise der Biomasse Industrie bei der Herstellung von Pellets und Hackschnitzel oder in der Lebensmittelindustrie bei der Gewinnung, Weiterverarbeitung und dem Transport (Logistik) von Kaffee- oder Kakaobohnen, spielt der Wassergehalt eine bedeutende Rolle in Punkto Qualität, Produktivität und wirtschaftlichen Aspekten. Für wesentliche Trocknungsprozesse, Konditionierungsprozesse oder Lagerprozesse während der Herstellung von Pellets, Hackschnitzel, Getreide, Kaffee, Kakao usw. ist der Restwassergehalt in den Materialien ein wesentlicher Prozessparameter. Der Wassergehalt als Prozessparameter wird dann für Steuerungs- und Regelungsprozesse als Regelparameter in die Trocknungsanlagen, Konditionierungsanlagen oder automatisierte Logistik Be- und Entladesysteme integriert.

Funktionsweise und Kategorisierung

Das Streben nach stetiger Verbesserung der Produktqualität, dem Lagerverhalten und den Fließeigenschaften des zu produzierenden Materials, bestimmt in vielen Industriezweigen den täglichen Produktionsalltag. In einer Vielzahl von Produktions- und Herstellungsverfahren, wie beispielsweise der Gipsherstellung oder bei der Produktion von Pellets ist der Wassergehalt des hergestellten Materials ein wesentlicher Prozessparameter. Um diesen Prozessparameter zu messen und anschließend als Regelgröße für Trocknungsprozesse oder Konditionierungsprozesse zu verwenden werden Feuchtesensoren eingesetzt. Beispielsweise werden industrielle Bandtrockner, Trommeltrockner oder Vakuum Band Filter mittels dem Feuchtemesssignale einer Feuchtemessung gesteuert.

Für die Feuchtemessung im gasförmigen Aggregatszustand gibt es ebenfalls Feuchtemesssysteme: Hierbei spricht man von Gasfeuchtemessungen oder Luftfeuchtemessungen (Luftfeuchtetransmitter). Dieser Artikel befasst sich mehrheitlich mit der Detektion des Wassergehaltes in festen Stoffen, rieselfähigem Schüttgut, Pulvern und Granulaten (teilweise auch in Flüssigkeiten).

Begrifflichkeiten zum Themengebiet Feuchtemessung

Feuchte und Feuchtigkeit

Feuchte oder Feuchtigkeit ist der umgangssprachliche Begriff, welcher Wassermengen in einem anderen Stoff, Flüssigkeit oder Gas beschreibt. Tendenziell wird unter Feuchte eher der Wassergehalt in Feststoffen bezeichnet. Unter Feuchtigkeit verseht man umgangssprachlich eher die klassische Luftfeuchtigkeit.

Weitere Begrifflichkeiten sind Materialfeuchte, Materialfeuchtigkeit, Restfeuchte oder Restfeuchtigkeit. Wissenschaftlich eindeutiger und häufiger verwendet ist der Begriff Wassergehalt.

Wassergehalt:

In der Physik und der Chemie spricht man vom Wassergehalt. Weitere Bezeichnungen sind der Restfeuchtegehalt oder Materialfeuchtegehalt.

Der Wassergehalt kann zum einen vom volumetrisch und zum anderen vom gravimetrisch angegeben werden.

Volumetrischer Wassergehalt

Der volumetrische Wassergehalt ist Volumenverhältnis des Wassers in dem zu produzierenden Material.

Gravimetrischer Wassergehalt

Der gravimetrische Wassergehalt gibt das Verhältnis von Wasser in einem Material bezogen auf die Masse an. Hierbei gibt es unterschiedliche Bezugsgrößen - generell wird das Verhältnis auf die Trockenmasse bezogen.

In der Biomasseherstellung wie Beispielsweise der Holzindustrie, der Pelletindustrie oder bei der Produktion von Hackschnitzeln ist die Bezugsgröße die Feuchtmasse.

Messprinzipien und Sensorausführung von Feuchtesensoren

Es gibt eine Vielzahl von verschiedenen Messprinzipien, nach denen ein Feuchtesensor aufgebaut werden kann. Ergo variieren die Einsatzgebiete ebenfalls sehr stark. Folgende Unterscheidungskriterien können zur Kategorisierung herangezogen werden:

Kategorisierung nach Physikalisches Messprinzip:

Die wissenschaftlichste Kategorisierung eines Feuchtemesssystems, sei es ein Inline Feuchtesensor im Produktionsprozess, ein mobiles Handfeuchtemessgerät oder ein Laborfeuchtemessgerät ist die Benennung nach dem physikalischen Messprinzip.

Physikalische Feuchtemessprinzipien sind beispielsweise:

  • Kapazitives Messverfahren
  • Leitwert Messverfahren
  • Mikrowellen Messprinzip
  • Karl-Fischer-Titration
  • Trockenschrank Methode

Kategorisierung nach Bauform und Einbauort:

Umgangssprachlich werden die Feuchtemesssysteme oft nach Ihren Bauformen, Einbauorten oder Einsatzgebieten kategorisiert. Beispielsweise sind für die Kategorisierung nach Einsatzgebiet die drei Bezeichnungen:

  • Feuchtemessgeräte (Handfeuchtemessgeräte)
  • Laborfeuchtemessgeräte
  • Prozessfeuchtemessungen, welche in den Produktionsprozess integriert werden

Besonders bei in den Prozess integrierte Feuchtemessungen spricht man auch von Online oder Inline Feuchtemesssystemen.

Kategorisierung in der Prozessanalytik:

In der Chemie-, Pharma- und der Lebensmittelindustrie ist die Kategorisierung nach dem Integrationsgrad in den Produktionsprozess, dem Automatisierungsgrad der Probeentnahme und der zeitliche Aufwand der Feuchtemessung üblich.

Prozessmesstechniker verwenden folgende Kategorisierungsbezeichnungen:

  • Offline Feuchtemessung
  • Atline Feuchtemessung
  • Online Feuchtemessung
  • Inline Feuchtemessung

Das zentralste und wesentlichste Unterscheidungsmerkmal ist dabei die Rückkopplung auf den Fertigungsprozess. Offline- und Atline Feuchtemesssysteme sind nicht automatisiert an den Produktionsprozess angekoppelt. Beispielsweise ist es mittels einer Offline-/Atline Feuchtemessung nicht möglich einen Bandtrockner oder einen Trommeltrockner für Biomasse anhand des gemessenen Feuchtemesssignals zu regeln. Offline- und Atline Feuchtemesssysteme werden Mehrheitlich für Qualitätsaufzeichnungen benutz, bei dennen durch Produktionsmitarbeiter Messproben dem Produktionsprozess entnommen, ausgewertet und archiviert werden. Ebenfalls werden mit Offline und Atline Feuchtemesssystemen die Inline und Online Feuchtesysteme regelmäßig durch Referenzmessungen kalibriert und überwacht.

Online und Inline Feuchtemesssysteme messen den Wassergehalt des zu produzierenden Materials nahezu in Echtzeit. Mittels dem Feuchtemesssignal können industrielle Trocknungsprozesse oder Konditionierungsprozesse gesteuert werden. Der Aufbau eines solchen Regelkreises verhindert somit die Über- und Untertrocknung des Materials, sowie enorme Wasserverbrauchskosten bei Konditionierungsprozessen in einer Produktionsanlage.

Einsatz von Feuchtemessung

Anwendungsgebiete und Industriezweige

Feuchtemessung bei Nahrungsmitteln, am Bespiel von Kaffeebohnen



Biomasse Industrie

Bei der Pellet Herstellung werden in mehreren Produktionsschritten Feuchtesensoren eingesetzt. Typischerweise sind Feuchtemesssysteme oft bei Anlieferung Rohmaterials, am Trockner Ein und Ausgang und bei der Konditionierprozessen in den Produktionsprozess integriert.

Auch bei der Hackschnitzeltrocknung in der Agrarindustrie und der Forstindustrie werden Feuchtesensoren bei Anlieferung oder in Trocknungsanlagen installiert.

Futtermittel Industrie

Für große Getreide Trockner oder in Getreidemühlen sind Feuchtesensoren oft nicht mehr wegzudenken.

Nahrungs- & Genussmittel Industrie

Für Kaffeebohnen und Kakaobohnen werden vorwiegend in industriellen Logistikprozessen Feuchtesensoren für Qualitätsmonitoring und Prozessüberwachung verwendet.

Baustoffindustrie

Im Herstellungsprozess für Gips, REA-Gips und Gipsfaserplatten ist der Wassergehalt des Materials ein bedeutender Prozessparameter. Mittels Feuchtemesssensoren wird ein Messsignal aufgezeichnet und zur Steuerung der Etagentrockner (Gipsphaserplatten) oder einem Vakkum Band Filter (REA-Gips) verwendet.

Feuchtemessprinzipien - Welche Messsysteme gibt es?

Das kapazitive Materialfeuchtemessverfahren ist sehr vielseitig und flexibel. Der Wassergehalt oder die Produktfeuchte vieler Schüttgüter wie Sägespäne, Hackschnitzel, Kakaobohnen, Gips und vieler anderer Stoffe kann über nahezu den gesamten Feuchtebereich bestimmt werden.

Das Messprinzip stößt jedoch bei Schüttgütern mit hoher Leitfähigkeit (z. B. Metallen) an seine Grenzen. Das kapazitive Prinzip kann hier nicht zur Messung von Feuchtigkeit verwendet werden. Grundsätzlich kann man sich vorstellen, dass dabei zwischen den beiden Kondensatorplatten ein Kurzschluss entsteht. Der Wassergehalt von Metalloxiden, beispielsweise Aluminiumoxid, ist jedoch aufgrund seiner geringen Leitfähigkeit gut messbar.

Feuchtemessung bei der Herstellung von Gips
  • Kapazitives Messverfahren
  • Leitwert Messverfahren
  • Mikrowellen Messprinzip
  • Karl-Fischer-Titration
  • Trockenschrank Methode

Hersteller

Mobile Handfeuchtemessgeräte

Feuchtemesser bzw. Feuchtigkeitsmessgeräte für kleinere oder Heimanwendungen gibt es von verschiedenen Herstellern. Zu den bekanntesten zählen:

  • Trotec: Das Unternehmen liefert verschiedene Feuchtemessgeräte, darunter das bekannte Trotec BM31 Feuchtemessgerät / Feuchteindikator. Dieser misst zerstörungsfrei oberflächennahe Feuchtigkeit in verschiedenen Materialien.
  • WorkZone: WorkZone liefert Messgeräte für die Holz- & Baufeuchtemessung.
  • Stihl: Stihl hat verschiedene Feuchtemessgeräte für den Temperaturbereich von 0° - 40°C.
  • Duro: Duro stammt von Aldi und ist zum Messen von Restfeuchte für z.B. Kaminholz, Estrich und Mauerwerke da; bekannt ist hier der Duro 9800.
  • Bosch
  • Makita
Prozessfeuchtemessung

Für größere oder industrielle Zwecke werden andere Feuchtemessgeräte und Hersteller benötigt:

ACO Automation Components
ACO Automation Components ist ein global agierender Hersteller für Inline- und Online- Feuchtemesssysteme in Produktionsprozessen wie beispielsweise der Biomasseindustrie (Hackschnitzelherstellung und der Pellet Industrie), der Baustoffindustrie (Betonherstellung, Gipsherstellung) oder der Nahrungsmittelindustrie (Getreideherstellung, Kakao- und Kaffee Herstellung).
Dr. Wernecke Feuchtemesstechnik GmbH
Dr. Wernecke Feuchtemesstechnik GmbH ist spezialisiert auf Spurenfeuchtemesssysteme für Gase. Die Analysatoren werden direkt in Rohrleitungen integriert oder die Gase werden über Bypassleitungen entnommen und anschließend auf deren Restfeuchte analysiert. Ebenfalls werden Feuchtemesssysteme für Wirbelschichttrocknung angeboten.
Döscher Microwave Systems GmbH
Döscher Microwave Systems GmbH stellt Feuchtemesssysteme und Systeme zur Dichtebestimmung für Labor- oder im Produktionsprozess her. Das Feuchtemesssystem arbeitet nach dem Mikrowellen Messprinzip.
Franz Ludwig GmbH
Die Franz Ludwig Feuchtemesssysteme arbeiten nach dem Mikrowellen Messprinzip.
IMKO
Imko fertigt Sensoren mit dem physikalischen Wirkprinzip der Zeitbereichs-Reflektometrie (TDR Time Domain Reflectometry). Die Firma Imko wurde am 01.10.2017 von Endress und Hauser übernommen.
Liebherr
Liebherr produziert und kalibriert Feuchtemesssensoren mit bis zu 40 Messungen pro Sekunde.
Rotronic
Rotronic ist ein Hersteller von Temperatur- und Feuchtemessgeräten

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