Mechanische Druckmesstechnik: Direkte und elastische Elemente

Mechanische Elemente zur Druckmessung

1. Direkte Messung

Diese Methode misst den Druck durch den Vergleich mit dem Druck, der von einer Flüssigkeit bekannter Dichte und Höhe ausgeübt wird.

1.1. Rohr-Manometer (U-Rohr-Manometer)

Es besteht aus einem kalibrierten Glasrohr, in das eine Messflüssigkeit (Wasser, Quecksilber oder Öl) gefüllt wird. Der Druck (P) wird aus der Differenz in der Höhe der Flüssigkeitssäule gemäß der Formel P = ρgh gemessen.

2. Messung mittels elastischer Elemente

Die Druckdifferenz (ΔP), die auf eine elastische Oberfläche wirkt, erzeugt eine Nettokraft oder eine Verschiebung (q), die proportional zur Verformung ist. Diese Methode basiert auf dem Hookeschen Gesetz, das besagt, dass die Verformung proportional zur einwirkenden Kraft ist.

2.1. Rohrfedermanometer (Bourdon-Rohr)

Das Manometer besteht aus einem C-förmigen Rohr, das an einem Ende geschlossen ist. Bei zunehmendem Druck im Rohr neigt dieses dazu, sich zu strecken (gerade zu werden). Diese Bewegung wird auf den Zeiger übertragen. Das Material ist oft Phosphorbronze.

• Hinweis: Fehler können auftreten, wenn die Messung nicht korrekt durchgeführt wird. Die Betriebstemperatur muss in der Regel t < 90 °C betragen.

2.2. Faltenbalgmanometer

Es besteht aus einem Balg mit dünnen, gefalteten Wänden, der nur axiale Bewegung zulässt. Es funktioniert wie eine flexible Box, die oft eine wärmebehandelte Feder im Inneren besitzt, um die Druckfestigkeit zu gewährleisten. Das Manometer dient zur Messung von Absolut- und Relativdrücken.

2.3. Membran- oder Diaphragma-Manometer

Dieses Manometer basiert auf einer Membran, die bei Druck (P) eine sensible Verformung erfährt. Die Membran kehrt nach der Verformung in ihre Ausgangsposition zurück. Um die Verformungsfähigkeit zu erhöhen, weisen die Membranen oft konzentrische Falten auf.

Die Messung erfolgt durch die Aufteilung in zwei Kammern:

1. Eine Kammer ist mit dem Prozess verbunden.
2. Die andere Kammer ist mit einem Referenzdruck (P) verbunden.

Die Druckdifferenz zwischen den Kammern führt zu einer Verformung senkrecht zur Oberfläche.

2.4. Kapselmanometer

Es besteht aus einer oder mehreren kreisförmigen Kapseln, die durch Schweißen verbunden sind. Bei Druckbeaufschlagung verformt sich jede Kapsel mit einer axialen Bewegung. Die Summe der kleinen Verschiebungen wird durch ein Hebelsystem verstärkt. Kapselmanometer werden typischerweise für kleine Drücke verwendet. Das Kapselmaterial ist oft eine Nickel-Legierung (Ni-Legierung).