Was ist ein Hygrometer?

Als Hygrometer wird ein Gerät zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit bezeichnet, weshalb es teilweise auch als Luftfeuchtigkeitsmesser sowie Feuchtigkeitsmesser bezeichnet wird. Folglich wird mit einem Hygrometer der Wasserdampfgehalt der Luft gemessen. Der Begriff setzt sich aus dem altgriechischen hygrós für feucht und métron für Maß zusammen. Wortwörtlich handelt es sich demzufolge um ein Feuchtmaß.

» Geschichte des Hygrometers

Bereits seit dem Mittelalter wurden Methoden und Verfahren entwickelt, um die Luftfeuchtigkeit zu messen. Diese dienten schon früh dazu, Regenwetter oder andere Wetterumbrüche vorhersagen zu können. Diese Verfahren waren aber in der Regel ungenau, werden aber teils auch heutzutage in einigen Regionen Afrikas angewandt. So werden beispielsweise die Blätter der Silberdistel genutzt, um die Luftfeuchtigkeit zu bestimmen.

Das erste Haarhygrometer wurde allerdings erst 1783 von Horace-Bénédict de Saussure erfunden und erlaubte sehr zuverlässige Messungen. De Saussure – übrigens der Urgroßvater des bekannten Sprachwissenschaftlers Ferdinand de Saussure – nutzte dafür ein blondes Frauenhaar, das sich bei steigender Luftfeuchtigkeit ausdehnte, was auf einer Anzeige verfolgt werden konnte.

» Arten und Messverfahren

Seit de Saussures ersten Erfolgen, machte die Forschung rasante Fortschritte. In den letzten Jahrhunderten wurden zahlreiche Verfahren entwickelt, um die relative Luftfeuchtigkeit zu messen. Manche sind verbreitet, andere eher selten und umständlich durchzuführen. Auch die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Verfahren ist unterschiedlich. Nachfolgend eine Übersicht.

» Absorptionshygrometer

Als Absorptionshygrometer werden sämtliche Hygrometer bezeichnet, die vornehmlich auf einem hygroskopischen (wasseranziehend) Material basieren. Das Material ändert hierbei bei einer Zu- oder Abnahme der Luftfeuchtigkeit seine Beschaffenheit, wodurch die Messung möglich wird. Das bekannteste Absorptionshygrometer ist mit Sicherheit das Haarhygrometer.

Wesentlich ist für die Funktionsweise, dass das (menschliche) Haar auf die Feuchtigkeit in der Luft reagiert. Bei vollkommen trockener Luft – eine relative Luftfeuchtigkeit von 0% – hat das Haar gewissermaßen die tatsächlichen Länge und dehnt sich bei gesättigter Luft – eine relative Luftfeuchtigkeit von 100% – bis zu 2,5% aus. Diese Abweichungen lassen sich natürlich messen.


Aufbau eines Haarhygrometers

Die obige Abbildung verdeutlicht den Aufbau eines Haarhygrometers. Man erkennt, dass die Reaktion des Haars mittels Hebel auf eine Anzeige übertragen wird. Dehnt sich das Haarbündel bei steigender relativer Luftfeuchte aus, ist es weniger stark gespannt und der Hebel „gibt nach“. Zieht es sich aber erneut zusammen, da die relative Feuchtigkeit der Luft sinkt, wird auch der Zeiger wieder angezogen und wandert deshalb gen Minimum.

Ursprünglich wurden hierfür Tier- oder Menschenhaare genutzt. Beliebt war bei tierischen Haaren vor allem die des Schafs oder Pferdes. Später wurden jedoch vor allem Menschenhaar oder Kunstfasern (Synthetikfasern) verwendet. Bei günstigen Modellen werden auch Metallstreifen, die mit Kunststoff beschichtet sind, verwendet (Spiralhygrometer). Die Genauigkeit solcher Spiralhygrometer ist allerdings nicht so gut, wie bei einem Haarhygrometer.

Hinweis: Grundsätzlich sind auch die bekannten Wetterhäuschen Absorptionshygrometer. Hierbei handelt es sich um ein zweitüriges Miniaturhäuschen, das das bevorstehende Wetter vorhersagen kann. Dabei schauen entweder eine Frau oder ein Mann aus der Tür, wobei die Frau meist für gutes und der Mann für schlechtes Wetter steht. Die Ausrichtung wird mithilfe der Audehnung eines Stücks Tierdarm oder Haar gewährleistet.

» Psychrometer

Als Psychrometer wird ein Messgerät zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit bezeichnet. Das psychrometrische Messprinzip ist eines der genauesten, weshalb es oft bei Wetterstationen und Referenzgeräten eingesetzt wird.

Das Psychrometer besteht aus zwei Thermometern, also aus zwei Messgeräten zur Bestimmung der Temperatur. Eines der beiden Thermometer, das sogenannte Feuchtthermometer, ist in ein feuchtes Material gehüllt, das andere nicht. Dies kann etwa ein mit Wasser befeuchtetes Baumwollgewebe sein.

Dadurch, dass die Feuchtigkeit des Materials verdunstet, wird dem feuchten Thermometer durch die Verdunstung Wärme entzogen. Demzufolge zeigt das Feuchtthermometer eine niedrigere Temperatur an als das trockene Thermometer. Die Temperaturdifferenz beider Thermoeter kann gemessen werden und ist dann ein Maß für die relative Feuchte.

Physikalische Grundlagen: An der Oberfläche eines Volumens flüssigen Wassers treten immer Wassermoleküle aus dem Flüssigkeitsverbund in die umgebende Luft über. Kurzum: sie verdunsten. Dafür wird Energie benötigt. Diese Energie (Latentwärme) wird dem thermischen Energieinhalt der Wasseroberfläche entnommen. Die Oberfläche des Wassers kühlt deshalb ab. Ferner treffen Wassermoleküle aus der Luft auf die Wasseroberfläche, um dort zu kondensieren. Dadurch wird die zuvor zur Verdunstung jedes Moleküls aufgewendete Latentwärme wieder frei und die Wasseroberfläche erwärmt sich. Folglich hängt es von den vorhandenen Wassermolekülen in der Luft ab, ob die abgegebene Temperatur der Wasseroberfläche kompensiert werden kann.

» Taupunktspiegelhygrometer

Das Taupunktspiegelhygrometer gilt als das genaueste Verfahren, um die relative Luftfeuchtigkeit zu messen. Das Messverfahren dient ferner zur Definition des nationalen Feuchtestandards. Darüber hinaus ist das Verfahren – jedenfalls im Vergleich zu anderen Methoden – verständlich und enorm präzise.

Wie der Name bereits verrät, basiert dieses Hygrometer auf dem Taupunkt. Als Taupunkt wird die Temperatur bezeichnet, die bei unverändertem Druck unterschritten werden muss, damit sich Wasserdampf als Nebel oder Tau aus der feuchten Luft abscheiden kann. Am Taupunkt beträgt die relative Luftfeuchtigkeit 100% – die Luft ist dann mit Wasserdampf gesättigt.

Umso mehr Wasserdampf die Luft enthält, desto höher liegt die Taupunkttemperatur. Dieses Wissen wird bei diesem Messverfahren angewandt und auf die Oberfläche eines Spiegels übertragen. Dieser beschlägt nämlich, wenn die Temperatur sinkt. Oder anders ausgedrückt: die Reflektivität des Spiegels verringert sich, wenn die Temperatur abnimmt.

Dafür werden bei einem Taupunktspiegelhygrometer temperierbare Spiegel verwendet. Der Spiegel wird dann soweit abgekühlt, bis sich die Luftfeuchtigkeit auf ihm niederschlägt. Der Moment der Kondensation wird mithilfe einer Lichtquelle und einem Photosensor bestimmt.

Die Taupunkttemperatur und der Druck, der zum Messzeitpunkt herrschte, ergeben nun ein Wertepaar. Dieses lässt sich einfach in absolute Feuchte umrechnen. Um nun die relative Feuchtigkeit zu bestimmen, braucht es noch zusätzlich die Temperatur der Probe zum Zeitpunkt der Taupunktmessung.

» Kalibrieren und Justieren