Temperatur als entscheidender Einflussfaktor auf die Messgenauigkeit in Druckluftsystemen

Einleitung

Die präzise Bestimmung von Partikeln, Wasser und Öl in Druckluftsystemen ist von elementarer Bedeutung für viele industrielle Anwendungen. Besonders in sensiblen Branchen wie der Lebensmittelindustrie, Pharmazie oder in der Halbleiterfertigung sind exakte Messwerte unverzichtbar. Ein oft unterschätzter, jedoch wesentlicher Einflussfaktor auf die Messgenauigkeit ist die Temperatur. Dieser Artikel beleuchtet die physikalischen Grundlagen, die Bedeutung für die Messtechnik und die praktischen Anforderungen an die Installation und den Betrieb von Messgeräten in Druckluftsystemen.

Physikalische Grundlagen: Temperatur und Gasverhalten

Laut dem idealen Gasgesetz (p·V = n·R·T) steht der Druck (p) in direktem Zusammenhang mit der Temperatur (T). Bei konstantem Volumen (V) führt eine Temperaturänderung zwangsläufig zu Druckänderungen – und umgekehrt. In der Praxis bedeutet das:

• Steigt die Temperatur, erhöht sich der Druck der Luft.
• Sinkt die Temperatur, verringert sich der Druck.

Diese Änderungen wirken sich unmittelbar auf Sensoren aus, die entweder Druck, Volumen oder Partikelkonzentrationen messen.

Einfluss der Temperatur auf Partikelmessungen

Partikelzähler und optische Sensoren basieren häufig auf Lichtstreuung oder -absorption. Die Temperatur beeinflusst nicht nur die Dichte der Luft, sondern auch deren Brechungsindex. Studien (z. B. ISO 8573) zeigen, dass bei höheren Temperaturen das Signal-Rausch-Verhältnis in optischen Partikelsensoren sinkt, was zu einer Verringerung der Nachweisempfindlichkeit führt.

Ein weiteres Problem: Warme Druckluft enthält in der Regel mehr Energie, was die Beweglichkeit (Brown’sche Bewegung) der Partikel verstärkt. Diese Zunahme der Bewegung kann zu fehlerhaften Zählungen oder falscher Größenklassifizierung führen.

Einfluss der Temperatur auf Feuchte- und Ölmessungen

Die Messung des Wassergehalts in Druckluft (z. B. durch Taupunkt-Sensoren oder Hygrometer) ist besonders temperaturabhängig. Die Sättigungsdampfdruckkurve des Wassers zeigt, dass warme Luft mehr Feuchtigkeit aufnehmen kann als kalte. Bei Temperaturänderungen wird der relative Feuchtewert erheblich beeinflusst, obwohl die absolute Feuchte gleich bleibt. Deshalb fordern Normen wie ISO 8573-3 eine Temperaturkompensation der Sensoren oder eine präzise Temperaturregelung während der Messung.

Ölnebel- und Aerosolmessgeräte sind ebenfalls temperaturabhängig: Viskosität und Verdampfungsverhalten von Öl ändern sich mit der Temperatur, wodurch sich auch die Messwerte verschieben können.

Anforderungen an die Messtechnik

Für exakte Ergebnisse müssen die eingesetzten Sensoren und Messgeräte entweder:

• eine integrierte Temperaturkompensation aufweisen, oder
• in einem temperaturstabilen Umfeld betrieben werden.

In der Praxis bedeutet das, dass Temperaturfühler direkt am Messpunkt installiert sein sollten. Viele hochwertige Sensoren besitzen bereits eine Temperaturkorrektur nach ISO 8573, was eine lineare oder nichtlineare Korrektur der Messwerte ermöglicht.

Praktische Umsetzung in der Installation

Für Ingenieure, die Druckluftsysteme betreiben oder warten, ist es entscheidend, Temperaturstabilität am Messpunkt zu gewährleisten. Folgende Maßnahmen sind empfehlenswert:

• Isolierung von Rohrleitungen, um Temperaturspitzen zu vermeiden.
• Vermeidung direkter Sonneneinstrahlung oder anderer Wärmequellen in der Nähe der Messeinrichtung.
• Einsatz von temperaturgeregelten Messkammern, insbesondere bei mobilen Messungen.
• Regelmäßige Überprüfung und Kalibrierung der Temperaturkompensation.

Normen und Richtlinien

Die ISO 8573-Normenreihe (insbesondere ISO 8573-1 bis -9) sowie die VDMA-Richtlinien zur Druckluftqualität fordern die Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit. Für viele Messgeräte ist in der Spezifikation ein Temperaturbereich angegeben (z. B. 0–50 °C). Messungen außerhalb dieses Bereichs sind nicht normkonform.

Fazit

Die Temperatur ist ein maßgeblicher Einflussfaktor für die Messgenauigkeit in Druckluftsystemen. Ihre Effekte reichen von Änderungen in Druck und Dichte bis hin zu optischen Effekten bei Partikelmessungen. Für präzise und reproduzierbare Messungen ist daher die Beachtung der Temperatur und ihrer Auswirkungen unverzichtbar – sowohl in der Geräteauswahl als auch in der Anlagenplanung.