Herausforderungen beim Design von Feuchtigkeitssensoren

Unter Feuchtigkeit versteht man die in der Luft vorhandene Menge an Wasserdampf. Sie ist zwar für das menschliche Auge unsichtbar, aber wir können sie spüren. Häufig fühlt sie sich sogar wärmer an als die tatsächliche Lufttemperatur. Wer bereits einmal in der Nähe des Äquators war, wird wissen, dass sich die Luft dort heiß, schwer und schwül anfühlt. Dieses unangenehme Gefühl liegt nicht nur an der Temperatur allein, sondern zum Großteil auch an der „relativen Feuchte“. Wenn die Luft eine Temperatur von 23 °C aufweist, die relative Feuchtigkeit aber bei 80 % oder mehr liegt, fühlt es sich für uns an, als hätte die Luft eine Temperatur von 26,6 °C. Feuchtigkeit spielt in unseren täglichen Aktivitäten eine wichtige Rolle. Einerseits steht sie in engem Bezug mit unserem persönlichen Wohlbefinden (Frischhalten von Lebensmitteln und Einschalten der Klimaanlage an heißen Tagen), und andererseits ist sie in bestimmten lebensbedrohlichen Situationen unverzichtbar, beispielsweise in der Neonatologie, wenn es darum geht, dass ein Frühchen mit der korrekten Luftfeuchtigkeit versorgt wird. Die Fähigkeit, unsere Umgebung präzise kontrollieren zu können, ist heute bereits in großen Teilen der Welt eine selbstverständliche Anforderung und wäre ohne Sensoren unmöglich. 

Die Kombinationssensoren für Temperatur und Feuchtigkeit von TE Connectivity (TE) bieten eine kurze Ansprechzeit, präzise Messungen und nachhaltige Leistung – selbst bei extremen Unterschieden und Bedingungen. Wir treiben den Fortschritt in der Sensortechnik voran und bieten digitale, drahtlose und kombinierte Lösungen, die dazu beitragen, Anwendungen intelligenter und effizienter zu gestalten. Erfahren Sie mehr über die größten Herausfor-derungen, denen sich die Konstrukteure stellen müssen, und wie der Kombinationssensor für Feuchtigkeit und Temperatur HTU2x von TE für diese Herausforderungen entwickelt wurde.

Ob drückende Hitze, eisige Kälte, nasse oder trockene Bedingungen herrschen: Anwendungen sollen bei allen Feuchtigkeits- und Temperaturwerten zuverlässige Leistung erbringen. Das bedeutet, dass auch der Sensor unabhängig von den externen Umgebungsbedingungen einwandfrei funktionieren muss. Die Lösung liegt in einer linearen Reaktion. Ungeachtet der Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen müssen die Messgenauigkeit und Stabilität beim Sensor kontinuierlich gewährleistet sein. Dies ist besonders bei Anwendungen wichtig, deren Umgebung empfindlich auf Veränderungen reagiert, z. B. in der Industrie oder bei Elektro- und Haushaltsgeräten. Der Sensor sollte beispielsweise so ausgelegt sein, dass die präzise Messung dank einer linearen Reaktion und möglichst niedrigen Hysterese möglich ist. Ein gutes Beispiel dafür sind Klimaanlagen, bei denen das System die Umgebungstemperatur und Feuchtigkeit so regelt, dass Ihr Wohlbefinden unabhängig von der Witterung gewährleistet ist. Feuchtigkeitssensoren müssen je nach Jahreszeit größere Schwankungen hinsichtlich der relativen Feuchte standhalten und dabei stets linear reagieren. Das System muss sich an die unterschiedlichen Bedingungen in jeder Jahreszeit anpassen, die ansonsten das Wohlbefinden in Ihrem Zuhause oder im Büro beeinträchtigen könnten. Die lineare Reaktionskurve des HTU2x ermöglicht der Klimaanlage unabhängig von den Umgebungsbedingungen eine kontinuierliche Leistungsfähigkeit.

Manche Anwendungen müssen so ausgelegt sein, dass sie sämtliche Schwankungen der Umgebungsbedingungen erkennen und schnell reagieren, um eine erstklassige Gesamtsystemleistung zu erbringen. Kurze Reaktionszeiten sind in der Branche ein Muss. Genaue Messungen allein reichen nicht aus: Die Sensoren müssen Umweltveränderungen schnell erkennen und in der Anwendung die erforderliche Reaktion auslösen, um die gewünschten Werte einzuhalten. Ein Beispiel: Wetterballons sind für die moderne Wettervorhersage unverzichtbar. Denn ohne die Bedingungen in der oberen Atmosphäre zu kennen, ist es fast unmöglich, das Wetter vorauszusagen. Selbst wenn es auf Meereshöhe sonnig und ruhig ist, kann sich zur selben Zeit in 5.486 Metern Höhe ein noch schwaches Sturmsystem zu einem gefährlichen Unwetter entwickeln. Werden die Bedingungen in der oberen Atmosphäre regelmäßig mit Ballons gemessen, können die Meteorologen heraufziehende Unwetter rechtzeitig erkennen. 

Auch nachdem ein System extremen Bedingungen ausgesetzt war, muss es einwandfreie Leistung erbringen. Die Lösung hierfür ist eine niedrige Hysterese. Selbst nach einer starken Kondensation muss der Sensor in der Lage sein, eine präzise Messleistung zu erbringen. So wird beispielsweise der Trocknungszyklus eines Geräts automatisch beendet, wenn die Luftfeuchtigkeit wieder den ursprünglichen Wert aufweist. Die niedrige Hysterese ermöglicht es, den Trocknungszyklus rechtzeitig zu beenden, wenn der Inhalt „im Innern“ trocken ist, ohne dass dieser beschädigt wird. Ein weiteres Beispiel sind Klimaanlagen: Auch wenn diese im Herbst und Winter über viele Monate hinweg einer extrem hohen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt waren, erbringen sie im heißen Sommer wieder exakt dieselbe Leistung.

Der HTU-Sensor misst dank seiner kurzen Reaktionszeit präzise die relative Feuchte in unterschiedlichen atmosphärischen Schichten. Dadurch können Wetterwechsel zuverlässiger vorausgesagt werden. Außerdem werden beunruhigende Situationen vermieden, z. B. das Senden falscher Informationen, wenn der Sensor eine Wolke durchquert. Auch Haushaltsgeräte sind ein treffendes Beispiel. Wenn man im Sommer die Kühlschranktür öffnet, dringt warme Luft in den Kühlschrank ein. Dadurch entstehen Betauung sowie eine höhere relative Feuchte, was wiederum zu Frost oder Gefrierbrand an der Innenwand führen kann. Die Feuchtigkeits-Spezialstruktur von TE ermöglicht eine branchenführende Reaktionszeit von nur 2 Sekunden, und das System kann unmittelbar in Echtzeit reagieren, um das oben beschriebene Szenario zu vermeiden. Mit anderen Worten: Die Frostbildung wird vermieden, der Abtauzyklus verkürzt und somit die Energieeffizienz optimiert.

OEMs erneuern ihr Angebot heute mit intelligenten Lösungen wie Sensoren. Diese müssen jedoch so in den Fertigungsprozess integriert werden, dass dies keine negativen Auswirkungen hat. Der HTU Sensor von TE kann vollständig kalibriert in das Standardgehäuse oder ohne Einschränkungen auf einer Leiterplatte integriert werden. Wenn Sie Ihr System mit einer intelligenteren Anwendung aktualisieren möchten, ohne dafür den Montageprozess erheblich ändern zu müssen, könnte der HTU Sensor von TE die ideale Lösung für Sie sein, da er mit Standard-SMD-Montageprozessen kompatibel ist.