Datenlogger zur Klimamessung

6.1 Datensammler und elektronische Messsysteme / Auswahlkriterien für Datenlogger

6.1 Datensammler und elektronische Messsysteme
/ Auswahlkriterien für Datenlogger

von Christoph Waller, Stand 02/09

Einführende Erläuterungen zu Klimamessung und zu elektronischen Sensoren finden Sie im Kapitel Klimamessung

Datenlogger

Datenlogger führen in bestimmten Zeitabständen Sensormessungen durch und speichern die Messergebnisse im internen Speicher. Zur Kontrolle der Klimabedingungen in Transportkisten haben sich kleine Datenlogger bewährt. Gilt es nur zu überwachen, ob Grenzwerte nach oben überschritten wurden, können im übrigen auch irreversible Temperaturmessfolien (z.B. Omega) oder irreversible Feuchteindikatorstreifen verwendet werden. Dem gegenüber haben Datenlogger den Vorzug, den gesamten Klimaverlauf zu dokumentieren. Sie sind jedoch auch für Klimamessungen in Vitrinen oder Räumen geeignet.

Die Vielzahl der angebotenen Produkte und Sonderfunktionen ist atemberaubend. Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale sind im folgenden aufgeführt. Daneben gibt es für spezielle Anwendungen noch eine Vielzahl Zusatzfunktionen. Auf Anfrage berate ich Sie gerne.

Qualität und Eigenschaften der Sensoren, Kalibrierbarkeit (Genauigkeit, Langzeitstabilität, Betaubarkeit, Empfindlichkeit gegen Schadstoffe, siehe voriges Kapitel.) Manche Datenlogger sind sehr einfach zu kalibrieren (ELSEC, über Tastendruck) bei vielen Datenloggern lassen sich die Sensoren aber nur im Werk oder gar nichtt kalibrieren. Die Kalibriervorrichtungen mancher Hersteller sind unnötig teuer. Bisweilen ist eine spezielle Kalibriersoftware notwendig, sodass es sich empfiehlt, die Geräte im Werk kalibrieren zu lassen oder den Sensor auszutauschen (z.B. Scanntronik).
Eine Überprüfung der Genauigkeit können Sie auf jeden Fall selbst durchführen: Entweder durch Vergleich mit einem hochgenauen Hygrometer bei verschiedenen Luftfeuchtigkeiten, oder indem Sie das Gerät in einen Glasbehälter mit gesättigten Salzlösungen geben. Nachkalibrieren ist nur dann erforderlich, wenn die Messwerte außerhalb der Toleranzen liegen.
Das ständige Nachmessen und Nachkalibrieren ist sehr zeitaufwändig. Für Langzeitmessungen empfiehlt sich daher ein Gerät mit einem bekanntermaßen langzeitstabilen Sensor, z.B. mit einem Markensensor, z.B. Testo, Rotronic, Vaisala...
Abmessungen: von der Briefmarkengröße (Dickson) bis etwa DIN A 5. Die Sensoren sind im Logger integriert, aufgesteckt oder über Kabel angeschlossen.

Kleiner Datenlogger msr 145 für Feuchte und Temperatur im Historischen Museum Bern
Schutzart: Oft sind die Datenlogger gut gegen Staub und Wasser geschützt, der Feuchtesensor aber nicht. Die Schutzart wird durch die IP-Zahlen angegeben, wobei die erste Ziffer den Schutz gegen Partikel und die zweite Ziffer den Schutz gegen Wasser angibt. Maximaler Schutz ist bei IP68 gegeben (wasserdicht). Feuchtefühler können nicht mit IP 68 hergestellt werden, denn die Luftfeuchtigkeit muss ja Zugang zum Sensor haben. Bei unzureichendem Staubschutz können ggf. Schutzkappen aus Sintermetall, Drahtfilter etc. aufgeschraubt werden (Rotronic) oder es sind Schutztaschen erhältlich (Veriteq). Solche Schutztaschen lassen sich auch selbst herstellen, z.B. aus TYVEK.
Der Temperaturbereich, bei dem der Logger einsetzbar ist, ist oft ein anderer als der der Sensoren.
Stromzufuhr: Die kleinen für den mobilen Einsatz sind natürlich batteriebetrieben, die größeren oft auch ans Netz anschließbar, ggf. mit unterbrechungsfreier Stromversorgung. Bezüglich der Batterielebensdauer bei kontinuierlichem Einsatz bestehen erhebliche Unterschiede (einige Monate bis 12 Jahre z.B. Easylog). Langzeit-Batterien können oft nicht vom Anwender ausgewechselt werden. Manche Batterien sind schwer erhältlich oder teuer (z.B. Testo).
Display: Beim Einsatz in Vitrinen oder Räumen ist es sehr günstig, wenn die aktuellen Werte auf einem kleinen Display angezeigt werden. Manche Logger verfügen auch über kleine Leuchtdioden, die beim Überschreiten eines Grenzwerts aufleuchten. Einige Modelle zeigen auf ihrem Display Kurven an und werden so den althergebrachten Thermohygrographen vergleichbar (Dickson).
Zahl der Messgrößen: Manche Logger messen nur Feuchte oder Temperatur, andere beides kombiniert, bisweilen auch weitere Messgrößen wie Beleuchtungsstärke, Luftdruck o.ä.. Oft stehen mehrere Sensoranschlüsse (Kanäle) zur Verfügung, die beliebig besetzt werden können: Hier können über Kabel Sensoren für Licht, CO2 etc. eingesteckt werden oder auch mehrere Sensoren für Feuchte oder Temperatur (z.B. Krah).
Manipulierbarkeit: Bei manchen Loggern lassen sich die Daten weder durch Manipulation am Gerät noch nachträglich in der Software verändern. Nur solche Logger sind geeignet, um die Einhaltung von Sollwerten nachzuweisen (z.B. Lufft Opus 10). Höchste Anforderungen an die Manipulationssicherheit bietet das Audit-Trail, wobei sich alle Veränderungen in der Programmierung unauslöschlich nachverfolgen lassen (z.B. Elpro, Rotronic HW4 professional).
Messintervall: Die möglichen Messintervalle liegen in der Regel zwischen einigen Sekunden und zwei Stunden und können in diesen Bereichen in Stufen oder frei gewählt werden. Häufige Messungen beanspruchen mehr Speicherplatz. Der Logger muss dann öfter ausgelesen (geleert) werden oder aber über entsprechenden Speicherplatz verfügen. Messintervall heißt noch nicht Speicherintervall: Das Messintervall kann z.B. auf 2 Minuten eingestellt sein und das Speicherintervall auf 10 Minuten, wobei der Logger dann entweder den Mittelwert der Messungen oder den höchsten oder niedrigsten Wert abspeichert.
Zahl der Speicherplätze: Die Zahl der Speicherplätze entscheidet darüber, wie viele Messungen gespeichert werden können. Der Wert liegt bei Miniaturloggern häufig bei 10 - 16000, bei stündlicher Messung von rF und Temperatur würde der Speicher demnach für ca. 5 - 7 Monate ausreichen. Der Opus 10 besitzt 120 000 Speicherplätze, beim Rotronic Hygrolog NT besteht die Möglichkeit, externe Speicherkarten mit nahezu unbegrenzter Speicherfähigkeit einzusetzen.
Auflösung: Die Werte werden als 8, 10 oder 12-bit Messpunkte gespeichert. Bei 8-bit wird der Messbereich in 256 Zwischenstufen aufgeteilt. Bei 0 - 100% rF würde 1 Zwischenstufe somit ca. 0,4% rF entsprechen - genauer könnte der Messwert somit nicht angegeben werden. Entsprechende Graphiken wären entsprechend etwas eckig. Bei 10 bit ließe sich die Feuchte in Schritten von 0,1% rF angeben. Bei 12 bit liegt die Auflösung bereits bei 4096 Zwischenstufen. Ein Temperaturbereich von 0 - 400°C könnte somit auf ein Zehntel Grad Celsius angegeben. Manchmal lässt sich die Auflösung per Software einstellen. Dies kann sinnvoll sein, denn bei geringerer Auflösung lassen sich mehr Messwerte speichern.
Programmierung am Computer oder am Palm, eventuell auch aus der Ferne über Modem, Netzwerk oder Feldbus, oder wie beim ELSEC oder beim direkt durch Tastendruck am Datenlogger selbst. Manche Programmierfunktionenen können auch von Shuttles übernommen werden (s.u.).
Start durch Taste, Startmagnet oder Computer. Viele Logger lassen sich per Computer zeitversetzt starten.
Anzeige für Grenzwertüberschreitung: entweder durch LED oder durch Aussenden eines Alarmsignals. Das Alarmsignal kann akustisch sein oder es wird eine Alarmmitteilung per Telefon, Mobilfunk oder per SMS gesendet (z.B. Scanntronik).
Art des Speichers: Wenn der Speicher voll ist, kann der Datenlogger entweder anhalten (Start-Stop Modus) oder weitermessen und die ältesten Daten überschreiben (Ringspeichermodus). Bei manchen Loggern lassen sich die verschiedenen Optionen programmieren. Die Daten sollten bei Batterieausfall nicht verloren gehen und ggf. langzeitstabil gespeichert sein. Manche Systeme speichern auf einer externen Speicherkarte, sodass quasi unbegrenzt viel Speicherplatz zur Verfügung steht, z.B: Dickson.
Die Art des Auslesens: Die Verbindung zwischen Datenlogger und Computer erfolgt im einfachsten Fall direkt Einstecken in den USB-Port (Easylog) oder über Kabel. Sofern nicht eine feste Kabelleitung installiert ist, muss der Computer (bzw. in manchen Fällen ein Spezialdrucker) zum Datenlogger transportiert werden oder umgekehrt, und es müssen z.B. ggf. die Vitrinen geöffnet werden. Das Auslesen über Infrarotübertragung verändert hier wenig, denn meist dürfen Sender und Empfänger nur wenige Millimeter von einander entfernt sein. Ein Auslesen durch eine geschlossene Scheibe hindurch ist nur beim Ir-Log möglich. Bei der Infrarot-Technologie addieren sich bisweilen noch Softwareprobleme hinzu. Benutzerfreundlicher, aber teurer ist das Auslesen durch Funk (z.B. Testo Saveris, Hanwell, Signatrol,). Bisweilen werden auch kleine Drucker angeboten, die sich direkt an die Datenlogger anschließen lassen (Testo) oder Shuttles, also Geräte, die die Daten aus mehreren Loggern aufnehmen können und dann an den Computer weitergeben (Onset, Testo).

Beim Einsatz von Datenloggern in Vitrinen muss gewährleistet sein, dass die Daten ohne Öffnen der Vitrine ausgelesen werden können. Oft werden hier Datenlogger mit externen Sensoren verwendet, wobei nur der Sensor in den Vitrinen-Innenraum geführt wird. z.B. Tinytag. Der Datenlogger selbst wird außen an der Vitrine angebracht oder im Sockelbereich versteckt. Vorteilhaft hierbei ist, dass auch die Batterie ohne Öffnen der Vitrine gewechselt werden kann. Sehr kleine, unauffällige Sensoren gibt es z.B. von Gemini Krah oder Rotronic. Umständlicher ist es, den ganzen Datenlogger in die Vitrine zu legen und nur ein Datenkabel nach außen zu führen, über welches sich der Datenlogger auslesen lässt.
Natürlich lassen sich auch Funksysteme einsetzen.
Ein sehr nettes System stammt von TandD. Hierbei genügt es, einmal mit dem Handgerät durch den Raum zu gehen, um per Funk alle Daten aus den Loggern in den Vitrinen aufzunehmen.
Verfügt der Datenlogger über analoge oder digitale Ausgänge, lassen sich gleichzeitig Geräte steuern, wie z.B. Heizungssysteme, Rolläden, Alarmmelder usw. Für Daueranwendugen muss meist ein Netzgerät angeschlossen werden, es sei denn, der Logger stellt nur einen potentialfreien Kontakt zur Verfügung, der sich öffnet oder schließt.
Bei der Software handelt es sich meist um Windows-Software, die bisweilen optional in DOS und für MAC (Onset) angeboten wird. Bedienungskomfort und Datenverarbeitungsmöglichkeiten sind von Hersteller zu Hersteller verschieden. Nicht jede Software erlaubt z.B. ein Überlagern oder Aneinanderreihen der Daten. Die meisten aktuellen Programme erlaluben einen Datenexport in Excel oder in ein ASCII-Format, wodurch sich die Daten dann weiterverarbeiten lassen. Nur wenige Hersteller legen die Software offen, sodass sie ggf. verändert werden kann (Scanntronik).
Zertifizierung: Nur Logger mit Kalibrierzertifikat (ISO...) sind im Rahmen des Qualitätsmanagements einsetzbar.

Preis, Service des Herstellers bzw. Vertreibers...

Um Ihnen die Auswahl zu erleichtern, haben wir eine Datenlogger verschiedener Firmen neben einander gestellt, die natürlich immer unvollständig bleibt.

Messsysteme

Messsysteme (z.B. von Hanwell, Lufft, Onset etc) erlauben, eine Vielzahl einzelner Sensoren zu einem Gesamt-Klimaerfassungssystem zusammenzufassen, wobei Sensoren für Licht und UV, Rauchdetektoren, Zutrittskontrollen etc. mit einbezogen werden können. Bei Grenzwertüberschreitungen warnt ein Alarmsignal, das auch über Telefon oder Handy an den zuständigen Mitarbeiter weitergeleitet werden kann. Die Systeme können über Schaltelemente auch Luftbefeuchter oder -entfeuchter regeln, Heizungen auf- oder abdrehen oder Klimaanlagen steuern (Gebäudemanagement). Intelligente Systeme senden nicht nur Ein-Aus-Steuerbefehle, sondern regeln die Geräte entsprechend den Erfordernissen auf stärker oder schwächer und minimieren so die regelbedingte Schwankungsbreite.

Die Verbindung zwischen Sensorstation und Computer erfolgt wiederum entweder über Kabel oder Funk. Die Daten werden entweder manuell oder automatisch zum PC übertragen. Der PC muss hierfür nicht unbedingt ständig online sein, er kann auch durch Software in vorgegebenen Zeitintervallen aktiviert werden.

Kabel: Statt jede Sensorstation einzeln mit dem Computer zu verbinden, werden häufig BUS-Systeme eingesetzt, d.h. die Sensorstationen (Messumformer) werden ähnlich wie eine Lichterkette an einem einzigen Kabel aufgereiht. Jeder Messpunkt besitzt eine eigene Adresse und wird separat abgefragt. Bus-Systeme können 200 und mehr Messpunkte bzw. Steuergeräte verbinden und sparen auf diese Weise Verkabelungskosten (z.B. Lufft Opus 200, Easylog 24RFT). Die verschiedenen Bussysteme (RS485, CAN...) unterscheiden sich in punkto mögliche Gesamtkabellänge, Geschwindigkeit des Datentransfers und Leitungsbedarf.

Funkübertragung. Hier stehen mehrere Systeme zur Auswahl, die sich in ihrer Reichweite unterscheiden:

Viele Systeme arbeiten mit dem DECT-System (z.B.TandD, Microlog), also dem gleichen System wie schnurlose Telefone . Hiermit lassen sich Funkverbindungen innerhalb eines Raumes (Ausstellungsraum, Supermarkt...) herstellen. Bei mehreren Zwischenwänden erreicht das System schnell seine Grenzen.

Größere Distanzen lassen sich per UHF-Funk überwinden . Die Sensor-Station schaltet sich per Mikroprozessor in bestimmten Zeitintervallen ein, misst und digitalisiert die Daten und sendet sie per UHF-Funk an eine Empfangsstation, wo die Daten archiviert und schließlich an den Computer weitergeleitet werden (z.B. Testo, Hanwell, Spy...). Diese Systeme sind durchaus geeignet, auch größere Museen komplett zu überwachen. In Altbauten funktioniert die Funkübertragung normalerweise recht gut - manchmal müssen die Sensor-Stationen allerdings ein klein wenig nach links oder rechts verschoben werden, damit eine gute Funkübertragung zustande kommt. Für sehr große Distanzen kommen Signalverstärker zum Einsatz. In Betonbauten funktioniert die Funkübertragung aufgrund der Stahlarmierungen eher schlecht. Es sind jedoch auch Kombinationen möglich, z.B. dass mehrere Sensor-Stationen über Kabel mit einer Funkstation verbunden sind oder umgekehrt.

Distanzen von vielen Kilometern lassen sich mit anmeldungspflichtigen Richtfunksystemen überwinden. Nahezu unbegrenzt sind die Möglichkeiten per GSM (Mobilfunknetz), wobei allerdings monatliche Gebühren und Kommunikationsgebühren entstehen.
Industrielle Systeme speisen die Daten der Datenlogger häufig in Netzwerke ein (Ethernet, z.B. Elpro). Zukunftsträchtig ist auch die Variante, bei der die gesammelten Daten sofort ins Internet (z.B. iLog) hochgeladen werden. Die Werte sind somit jederzeit von jedem ans Internet angeschlossenen Computer aus abrufbar.