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Was ist Materialfeuchtemessung?


Was versteht man eigentlich unter Materialfeuchte?
Mit Materialfeuchte ist der Wassergehalt in oder an einer Substanz gemeint. Dabei besitzen die meisten Materialien einen gewissen Feuchteanteil und in vielen Fällen ist diese Restfeuchte unerwünscht, wie z.B. in Lebensmitteln wie Reis, Getreide, Nüssen und Kakao, aber auch in Holz, Holzpellets, in Kunststoffgranulat, Beton, Sand, in der Biomasse, im Papier und in Textilien.

Ein Feuchteentzug (Trocknung) der jeweiligen Substanz erfolgt in der Regel durch Wärmezufuhr (Temperaturerhöhung). Die Wassermoleküle gehen dabei in den gasförmigen Zustand über und verlassen damit die Trägersubstanz.

Warum ist es wichtig, den Feuchtegehalt einer Substand zu ermitteln?
Die Materialfeuchte einer bestimmten Substanz dient quasi als Qualitätsmerkmal. So weist ein hoher Feuchtegehalt in Lebensmitteln in der Regel auf eine möglicherweise erhöhte Schimmelbildung hin, während z.B. in Beton ein zu hoher Wassergehalt die Festigkeitseigenschaften negativ beeinflussen kann und bei den Holzpellets wirkt sich die Restfeuchte gar auf die Heizleistung aus.

Wie kann die Materialfeuchte nachgewiesen werden?
Wassermoleküle sind empfänglich für gewisse Wellenlängenanteile im IR-Spektrum. Im NIR-Bereich (NIR = naher Infrarotbereich) werden dabei durch Zufuhr elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge um die 1450nm Dehnungsschwingungen in den H2O-Molekülen angeregt. Das wiederum bedeutet, dass IR-Licht mit einer Wellenlänge um die 1450nm von den Wassermolekülen absorbiert wird, während sich ein Großteil des IR-Spektrums von den H2O-Molekülen eher unbeeindruckt zeigt, somit nicht absorbiert wird. Man spricht dabei von neutralem Verhalten.


Im Transmissionsspektrum von Wasser (H2O) stellt sich diese IR-Absorption bei 1450nm folgendermaßen dar: von 800nm bis ca. 1300nm erfolgt lediglich eine geringfügige Absorption, während diese ab ca. 1350nm bis 1550 nm doch erheblich zunimmt.


Ein Vergleich zweier Wellenlängenbereiche - wobei der Bereich IR1 so gewählt worden ist, dass in diesem Wellenlängenbereich keine IR-Licht-Absorption durch Wassermoleküle erfolgen kann, während ein zweiter Bereich IR2 rund um das Absorptionsmaximum (Transmissionsminimum) bei 1450nm angeordnet ist - informiert dabei über den Wassergehalt der Substanz.

Es gilt:      Materialfeuchte ~ (SIR1-SIR2)/(SIR1+SIR2)
                 wobei   SIR1 = Empfangssignal im Bereich IR1
                 und      SIR2 = Empfangssignal im Bereich IR2



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