Human Meteorological Vehicle

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Lufttemperatur und relative Feuchte

Zur Ausstattung des HuMVe zählen Sensoren, die die Lufttemperatur und die relative Luftfeuchte messen. Oft sind diese Sensoren in zwei unterschiedlichen Messhöhen angebracht, um Temperatur- und Feuchtegradienten bestimmen zu können. Damit lassen sich Aussagen zum Energietransport in der bodennahen Luftschicht machen. Das HuMVe verwendet den Temperatur- und Feuchtesensor CS215 der Firma Campbell, in dieses Messgerät sind beide Sensoren zusammen eingebaut. Die weiteren Ausführungen werden dennoch unterteilt in A. Lufttemperatur und B. Relative Feuchte.

A. Lufttemperatur

1. Was wird gemessen?

Unter den meteorologischen Größen hat die Temperatur eine ganz wichtige Rolle (siehe auch WebGeo Lernmodul Messung der Lufttemperatur). Einerseits hat die Temperatur auf den Ablauf klimatologischer Prozesse einen erheblichen Einfluss, so dass die Kenntnis der Temperatur der Luft aber auch des Bodens und des Wassers eine wesentliche Voraussetzung für die Analyse des klimatologischen Geschehens ist. Andererseits lässt sich eine ganze Reihe von anderen Messgrößen (z.B. Feuchte, Wind, Strahlung, Druck u. a.) indirekt über Temperaturmessungen erschließen. Es gibt eine erhebliche Zahl von Temperaturmesstechniken, die eine weitgehende Anpassung an das Ziel der jeweiligen Messung erlauben. In Meteorologie und Klimatologie wird unter "Lufttemperatur" die kinetische Energie der Luftmoleküle verstanden, sie ist daher definiert durch die Temperatur eines vor direkter Sonneinstrahlung geschützten Thermometers, dessen Sensor sich mit der umgebenden Luft im Gleichgewicht befindet.


2. Wie wird die Messgröße erfasst?

Zur Messung der Temperatur werden hautsächlich vier physikalische Effekte benutzt, die alle eine besonders empfindliche Temperaturabhängigkeit besitzen (Häckel 1999, S. 351):

  • Ausdehnung von Flüssigkeiten und festen Körpern
  • Änderung des elektrischen Widerstand
  • Thermoelektrischer Effekt
  • Strahlungsemission nach dem Planckschen Gesetz

Ein oft eingesetztes Messverfahren ist das Platin-(Pt)-100 Verfahren. Die Änderung des elektrischen Widerstands eines genormten Platindrahtes wird auf die Zu- oder Abnahme der Lufttemperatur eindeutig zurückgeführt. Bei 0°C hat der Platinfühler einen Widerstand von 100 Ohm. Der Sensor ändert seinen Widerstand um 0,4 Ohm pro 1°C. Der Messbereich des Temperatursensor CS215 liegt zwischen -40°C und +70°C (siehe Tabelle unten).


3. Wie erhalte ich aussagekräftige und genaue Messwerte?

Neben den trivialen Fehlern wie Alterung der Geräte, falsche Ablesung, unkorrekte Eichung oder elektrische Anschlussfehler sind es vor allem Strahlungsfehler, die zu unbrauchbaren Messwerten führen. Jedes Thermometer zeigt stets nur seine eigene Temperatur an, nicht die der umgebenden Luft. Nur wenn es gelingt, das Thermometer auf die Temperatur der Luft (oder ein anderes Medium) zu bringen, misst es das, was wir haben wollen. Ein Instrument zur Temperaturmessung, das der Strahlung ausgesetzt ist, zeigt also höhere Werte an, als ein Instrument im Schatten. Solche Strahlungsfehler werden durch ein Strahlenschutzgehäuse (siehe Abbildung) vermieden. Es gibt auch Messgeräte, die mit einer künstlichen Ventilation betrieben werden, um den Strahlungsfehler zu minimieren.

B. Relative Feuchte

1. Was wird gemessen?

Die Messgröße Relative Feuchte ist streng genommen kein klassisches Feuchtemaß, das Aussagen zum Wasserdampfgehalt der Luft liefert. Klassische Feuchtemaße wie die absolute und spezifische Feuchte, die angeben wie viel Wasserdampf (in Gramm) 1m 3 bzw. 1kg Luft enthält, sind nur mit erheblichem Aufwand messbar. Deshalb bezieht man sich oft auf die Relative Feuchte. Sie gibt an, zu wie viel Prozent die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist. Aus der Relativen Feuchte lassen sich die klassischen Feuchtemaße berechnen. Wasserdampf im meteorologischen Sinne ist nicht die sichtbare Wolke oder der sichtbare Dampf, sondern es ist ein farbloses, unsichtbares Gas. Die Relative Feuchte leitet sich aus dem prozentualen Verhältnis der spezifischen Feuchte zur Sättigungsfeuchte ab. Die Höchstmenge an Wasserdampf, die von der Luft aufgenommen werden kann, wird als Sättigungsfeuchte bezeichnet. Sie ist stark abhängig von der Lufttemperatur. So kann 1kg Luft bei 10°C maximal 7,6g Wasserdampf aufnehmen, bei 20°C sind es schon 14,4g. (siehe auch WEBGEO Lernmodul Kondensation und Feuchtemaße)

Tipp: Feuchterechner von Vaisala. Feuchtegrößen können anhand eines bekannten Ausgangswertes berechnet werden.


2. Wie wird die Messgröße erfasst?

Die elektronische Feuchtemessung nutzt das so genannte kapazitive Messprinzip. Das Sensorelement besteht aus einem Kondensator. Dessen Kapazität hängt von der Art des Materials ab, das sich zwischen den Kondensatorplatten befindet. Das Material zwischen den Kondensatorplatten wird als Dielektrikum bezeichnet. Wie stark es die Kapazität beeinflusst, kommt in der Dielektrizitätskonstanten zum Ausdruck. Als Dielektrikum im CS215 Sensor dient ein Polymerkunststoff, welches proportional zur relativen Umgebungsfeuchte Wasser aufnimmt oder abgibt und somit die Kapazität des Kondensators verändert. Bei hohen relativen Feuchten ist die Kapazität des Messkondensators größer als bei einer geringeren.


3. Wie erhalte ich aussagekräftige und genaue Messwerte?

Die generellen Anforderungen für eine gute Messung der Relativen Feuchte sind ähnlich wie bei der Messung der Lufttemperatur. Auf den Schutz vor direkter Sonneneinstrahlung, atmosphärischer Verschmutzung, Regen und Wind sollte geachtet werden. Der Sensor sollte nicht in direkten Kontakt mit Wasser kommen, weil das die Dielektrizitätskonstante stark beeinflusst.

Gerätespezifikationen: Lufttemperatur und Relative Feuchte
Name des Messgerätes: CS215
Name des Herstellers: Campbell Scientific Ltd.
Gewicht: 1,0kg
Größe: 750mm x 240mm
Energieverbrauch: 30mA bis 55mA bei 12V
Messfrequenz in Hz: 1, 2, 4, 8, 10, 16, 20

CS215
Lufttemperatur Relative Feuchte
Messbereich -40°C bis +70°C 0% bis 100%
Auflösung 0,01°C 0.03%
Genauigkeit ±0,3°C bei 25°C
±0,4°C über +5°C bis +40°C
±0,9°C über -40°C bis +70°C
bei 25°C:
±2% über 10% bis 90%
±4% über 0% bis 100%
Reaktionszeit <120s <10s

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Fachgebietsleiter:

Prof. Dr. Dieter Scherer

Postanschrift:

Fachgebiet Klimatologie
Institut für Ökologie
TU Berlin
Rothenburgstraße 12
D-12165 Berlin

Lageplan und Anfahrt

Sekretariat:

Elke Thiessenhusen

Raum: AB1-110
Öffnungszeiten:
Montag - Donnerstag
9 - 14 Uhr
Tel: +49-(0)30-314-73195
Fax: +49-(0)30-314-71355

CS215 Temperatur- und Feuchtesensor

Kombiniertes Temperatur- und Feuchte-Messgerät CS215 der Firma Campbell

Sensiron SHT75 Temperatur- und Feuchtesensor

Digitaler Feuchte- und Temperatursensor SHT75 der Firma Sensiron im Messgerät CS215

CS215 Temperatur- und Feuchtesensor

Schnitt durch das Strahlenschutzgehäuse