Manometer zur Messung des Gasdrucks: Typen, Konstruktionsmerkmale und Funktionsweise der Messgeräte

Nicht selten besteht die Notwendigkeit, den von Gas erzeugten Druck zu messen. Zum Beispiel in Flaschen, in Gasleitungen, in verschiedenen Behältern und Gefäßen. Zur Kontrolle und Überwachung der Werte werden Manometer zur Messung des Gasdrucks eingesetzt. Diese Geräte dienen in verschiedenen Lebensbereichen, angefangen von der Medizin bis hin zur Schwerindustrie.

Damit der Kauf des Geräts nicht umsonst ist und das gekaufte Manometer den Anforderungen der Produktionsprozesse entspricht, sollten Sie sich mit der Klassifizierung vertraut machen. Wir stellen Ihnen die Arten von Gasdruckmessgeräten vor. Wir erläutern ihre konstruktiven Besonderheiten und Funktionsprinzipien.

Klassifizierung nach Art des gemessenen Drucks

Geräte, die zur Erfassung von Druckparametern von Gas in Gastanks, Transportleitungen, Gasflaschen und anderen Behältern dienen, werden nach mehreren Kriterien klassifiziert. Sie unterscheiden sich in ihrer Bauweise und Funktionsweise.

Geräte, mit denen der Druck gemessen wird, werden in Klassen eingeteilt nach:

• Art des gemessenen Drucks;
• Verwendungszweck;
• nach dem Funktionsprinzip;
• Genauigkeitsklasse.

Nach der Art des gemessenen Drucks werden die Geräte, die zur Bestimmung genauer Werte bestimmt sind, in Manometer, Vakuummeter, Zugmesser, Druckmesser, Barometer und andere unterteilt.

In Abhängigkeit vom Schutzgrad gegen Umwelteinflüsse werden folgende Geräte hergestellt:

• Standardgeräte;
• staubgeschützt;
• wasserdicht;
• beständig gegen aggressive Medien;
• explosionsgeschützt.

Ein Produkt kann mehrere Schutzarten vereinen.

Das Schema zeigt die Einteilung der Messgeräte nach Funktionsprinzip, Druckart, Anwendung und Anzeige. Flüssigkeits- und Lastkolbengeräte werden zur Erfassung von Gasdruckdaten selten eingesetzt.

Ein Manometer ist ein kleines Gerät, mit dem Druck oder Druckdifferenz gemessen wird. Das Funktionsprinzip dieses Messgeräts hängt von seinem inneren Aufbau ab. Innerhalb einer Klasse werden sie noch nach der Genauigkeitsklasse in Gruppen unterteilt.

Um den absoluten Druck zu messen, dessen Werte vom absoluten Nullpunkt (Vakuum) aus gezählt werden, verwendet man absolute Manometer. Den Überdruck bestimmt man mit einem Überdruckmanometer. Im Allgemeinen werden alle Varianten solcher Geräte mit einem Wort bezeichnet: „Manometer“.

Die meisten Manometertypen sind zur Messung von Überdruckwerten bestimmt. Ihre Besonderheit ist, dass sie den Druck anzeigen, der die Differenz zwischen absolutem und atmosphärischem Druck darstellt.

Vakuummeter sind Geräte, die den Druck eines verdünnten Gases anzeigen. Mit Manovakuummetern misst man Überdruck und den Druck verdünnter Gase. Die Informationen werden auf einer einheitlichen Skala angezeigt.

Mit Druckmessern werden Überdruckparameter mit Werten bis zu 40 kPa bestimmt. Zugmesser hingegen ermöglichen die Messung eines Unterdrucks bis zu –40 kPa. Mit Zug- und Druckmessern werden Unterdruck und Überdruck im Bereich von –20 bis +20 kPa gemessen.

Manometer werden in den unterschiedlichsten Branchen eingesetzt. Die Arbeit mit Gas birgt ein hohes Risiko, daher ist es wichtig, alle Systemparameter zu überwachen. Die Druckinformation gibt den Benutzern Aufschluss über den aktuellen Zustand des Messobjekts.

Mit Differenzmanometern kann die Druckdifferenz an zwei beliebigen zu untersuchenden Punkten bestimmt werden. Ein Mikromanometer ist ein Differenzmanometer, das die Messung von Druckdifferenzen bis zu 40 kPa ermöglicht.

Klassifizierung nach Funktionsprinzip

Gasmanometer werden je nach Ablesemechanismus eingeteilt in:

• Deformationsmanometer;
• Elektrische;
• Lastkolbenmanometer;
• Flüssigkeitsmanometer.

Jeder Typ hat seine charakteristischen Eigenschaften.

Deformationsmanometer

Das Prinzip und die Grundlagen der Wirkungsweise von Geräten der Deformationsklasse bestehen darin, dass der Druck auf das empfindliche Element des Geräts einwirkt, das sich verformt. Der Druckpegel wird durch den Verformungsgrad bestimmt.

Deformationsmanometer werden mit rohrfeder-, balg- oder membranartigen Arbeitskomponenten hergestellt, die eine hohe Empfindlichkeit aufweisen.

Die aufnehmenden Elemente in rohrfederartigen Geräten sind Rohrfedern. Diese Produkte sind kreisförmig gebogene Rohre mit ovalem Querschnitt. Das Gas wirkt auf die Innenfläche des Rohres. Dabei verformt sich das Rohr und ändert seine Form, indem es sich einer runden Form annähert.

Ein Ende des Rohrs ist verschlossen und kann sich bewegen. Das andere Ende ist offen und wird von Haltern fixiert. Bei der Krümmung des Federrohrs wirkt die Kraft auch auf die Ringe, die dann die Feder entspannen. Das verschlossene Ende der Feder bewegt sich entsprechend dem Druck. Diese Bewegung wird auf die Messskala übertragen.

Bei der Messung von Drücken bis 40 bar werden kreisförmige Federn verwendet. Bei höheren Drücken kommen Schraubenfedern oder spiralförmige Federn zum Einsatz, die in einer Ebene liegen. Die Messabweichung bei der Druckmessung mit dieser Methode beträgt 1 bis 4 %.

Membran- und Balg-Messelemente ermöglichen eine effektive Messung kleiner Überdruck- und Vakuumdruckwerte.

Der Balg wird nach dem Prinzip eines sanitären Balgschlauches hergestellt. Es handelt sich um ein dünnwandiges Metallrohr aus beweglichen Querringen. Je nach Material und Fertigungsparametern kann der Balg mehr oder weniger steif sein.

Unter dem Einfluss hoher Temperaturen kommt es mit der Zeit zu plastischen Verformungen, die die korrekte Anzeige beeinträchtigen. Zudem beschleunigt sich bei erhöhter Temperatur und Druckpulsation die Änderung der statischen Kennlinie.

Die empfindlichen Membranelemente weisen die größte Vielfalt auf. Die Genauigkeitsklasse solcher Geräte ist nicht höher als 1,5. Diese Instrumente sind mit einem Schutzsystem ausgestattet. Im Überlastfall stützt sich die Membran auf eine spezielle Schutzeinrichtung ab.

Membrandosen werden häufig in Geräten zur Messung von Druck und Unterdruck eingesetzt. Druckmesser, Zugmesser und Zug-Druckmesser mit Membrandosen werden in den Genauigkeitsklassen 1,5 und 2,5 mit einem Messbereich bis 25 kPa hergestellt.

Flache Membranen haben eine geringe Auslenkung des Arbeitspunktes, daher werden sie meist zur Umwandlung von Druck in Kraft verwendet. Sie sind instabil, lassen sich aber gut berechnen.

Gewellte Membranen werden zusammen mit entsprechenden Dosen zur Verbesserung der statischen Kennlinie eingesetzt. Erstere haben eine bessere Durchbiegung, lassen sich jedoch schlecht berechnen. Letztere werden aufgrund ihrer geringeren Steifigkeit viel häufiger verwendet.

Um kleine Druckwerte zu messen, werden Geräte mit schlaffen Membranen verwendet.

Die Geräte benötigen einen Schutz vor hohen Temperaturen, da diese sich negativ auf die Elastizität und Empfindlichkeit der wichtigsten Arbeitselemente auswirken.

Mechanische anzeigende Manometer

Viele Manometer mit Rohrfeder sind tatsächlich Geräte mit direkter Umwandlung. Das bedeutet, dass der Druck in eine Auslenkung des Messelements und des damit verbundenen mechanischen Geräts umgewandelt wird.

Im Schema ist der Anschlussstutzen radial angeordnet, es werden jedoch auch Manometer mit axialer Anordnung des Stutzens hergestellt.

Durch Druckeinwirkung verschiebt sich das freie Federende, der Mitnehmer betätigt das Zahnsegment, wodurch sich das Zahnrad und der Anzeigezeiger drehen.

Federmanometer werden mit einem Messbereich von 0,1 bis 103 MPa hergestellt und haben verschiedene Genauigkeitsklassen. Referenzmodelle werden mit den Genauigkeitsklassen 0,15; 0,25; 0,4 hergestellt. Messgeräte der Arbeitskategorie mit erhöhter Genauigkeit – 1 und 0,6. Allgemeine technische Arbeitsgeräte – mit Genauigkeitsklassen 1,5; 2,5; 4.

Elektrokontakt-Manometer

Konstruktiv handelt es sich um eine Weiterentwicklung des anzeigenden Manometers. Das Funktionsprinzip besteht darin, dass bei Erreichen eines Schwellendrucks durch den Zeiger der Stromkreis geschlossen wird.

In die Konstruktion des anzeigenden Manometers sind zusätzlich Zeiger mit eingedrückten elektrischen Kontakten eingebaut, die gegenüber den zu signalisierenden Werten angeordnet sind.

Der elektrische Stromkreis wird geschlossen und der Alarm ausgelöst, wenn der Anzeigezeiger einen der Kontaktzeiger erreicht. Die Genauigkeitsklasse solcher Manometer beträgt 1,5. Der Messbereich entspricht den Standardwerten.

Zur Alarmierung oder zur positionsgeregelten Regelung werden Druckrelais mit der Kennzeichnung RD eingesetzt. Sie messen Drücke im Bereich von 12 bis 1600 kPa. Das Relais wird auf die obere und untere Aktivierungsschwelle gemäß den Angaben eines Kontrollgeräts eingestellt und hat eine Trennleistung von 10 W.

Schreibende Manometermodelle

Die Industrie stellt Manometer mit einem eingebauten Ablesesystem her, das die Werte auf einer Kreisscheibe aufzeichnet, damit die Dynamik der Werte später verfolgt werden kann. Eine Umdrehung kann in 8, 12 oder 24 Stunden erfolgen. Die Bewegung erfolgt durch einen Elektromotor oder ein Uhrwerk.

Die Funktionsweise des Manometerschreibers basiert auf der Signalübertragung durch eine Rohrfeder mit großem Durchmesser, die eine Zugkraft besitzt. Sie überträgt die Bewegung vom Fühler auf das Anzeigesystem. Geräte mit der Kennzeichnung MTS zeichnen Werte des Überdrucks auf.

Solche Geräte erfordern eine Überwachung durch den Bediener und haben Genauigkeitsklassen 1; 1,5; 2,5.

Federbalg-Fühler werden in schreibenden Differenzdruckmessern eingesetzt, die zusätzlich mit einer Alarmvorrichtung und einem pneumatischen Wandler ausgestattet sein können. Diese Geräte messen Drücke im Bereich von 6,3 kPa bis 0,16 MPa und haben Genauigkeitsklassen 1; 1,5.

Lastkolbenmanometer

Solche Manometer werden häufig als Referenz bei der Prüfung anderer Messgeräte verwendet. Ihr Messbereich ist sehr breit. Je nach Bauart kann er von hohen Unterdruckwerten bis zu einem Überdruck von 2500 MPa reichen. Die Genauigkeitsklasse erreicht maximale Werte bis zu 0,0015.

Jedes Mal, wenn das Messgerät einer übermäßigen Belastung ausgesetzt wird, verliert es an Lebensdauer und Messgenauigkeit.

Das Funktionsprinzip besteht darin, den Zylinder im Kolben in einem bestimmten Zustand zu halten, während auf der einen Seite Kalibriergewichte und auf der anderen Seite der gemessene Druck einwirken. Anhand des Gewichts der Gewichte wird auf die Höhe des erzeugten Drucks geschlossen.

Das Hauptarbeitselement des Geräts ist die Messsäule. In Abhängigkeit von der Qualität ihrer Herstellung, der Genauigkeit und Sauberkeit der Verbindungen ändert sich auch die Größe des Fehlers.

Die geringste Messunsicherheit haben Druckwaagen, die mit Gas betrieben werden. Allerdings sind solche Geräte aufgrund ihrer Konstruktionsmerkmale und der Notwendigkeit, das Gas von Fremdpartikeln zu filtern, um ein Vielfaches teurer.

Funktional besteht die Druckwaage aus einer Druckerzeugungsvorrichtung, einem Messsystem und Gewichten. Das Gerät ist mit einem Drehmechanismus zum Erhöhen und Verringern des Drucks sowie einem Druckentlastungsventil ausgestattet.

Weit verbreitet sind Manometer mit ungedichtetem Kolben. Bei ihnen besteht ein Spalt zwischen Kolben und Zylinder. Der Raum unter dem Kolben ist mit Öl gefüllt, das unter Druck in den Spalt eindringt und die reibenden Oberflächen schmiert.

Elektrisches Messgerät für gasförmige Medien

Solche Manometer werden verwendet, um direkten oder indirekten Gasdruck in einen elektrischen Parameter umzuwandeln. Die am häufigsten vorkommenden Manometer dieses Typs sind: Dehnungsmessstreifen-, kapazitive und Widerstandsmanometer. Der Druck wird im Bereich von 100 Pa bis 1000 MPa gemessen. Die Geräte werden mit Genauigkeitsklassen von 0,1 bis 2,5 hergestellt.

Die Funktionsweise von Manometern, die auf dem Dehnungsmessstreifen-Effekt basieren, besteht in der Änderung des Widerstandswerts eines Leiters aufgrund von Verformung. Sie messen den Druck im Bereich von 60 bis 10⁸ Pa mit minimaler Messunsicherheit.

Die Flanschmontage des Sensors und die spezielle Konstruktion des Geräts ermöglichen das Auslesen von Druckdaten in besonders aggressiven Umgebungen mit Temperaturen bis zu 300 °C. Sie werden zur Druckmessung in Systemen mit schnell ablaufenden Prozessen eingesetzt.

Das Funktionsprinzip von Widerstandsmanometern beruht auf der Abhängigkeit des Leiterwiderstands vom Druck. Üblicherweise wird dieser Gerätetyp zur Messung besonders hoher Drücke über 100 MPa eingesetzt.

Als Fühlerelement in einem solchen Gerät dient ein Manganindraht, dessen Widerstand leicht mit einer abgeglichenen Brücke gemessen werden kann.

Die Funktionsweise kapazitiver Manometer beruht auf der Einwirkung von Druck auf eine Membran, die als bewegliche Elektrode dient. Wenn sich die Membran bewegt, ändert sich die Kapazität des Messumformers. Sie zeichnen sich durch erhebliche Temperaturfehler aus.

Bei kapazitiven Manometern wird die Durchbiegung der Membran durch eine elektrische Schaltung ermittelt. Solche Geräte werden in Systemen mit schnellen Druckänderungen eingesetzt.

Flüssigkeitsmessgeräte

Der Druck wird bei diesen Geräten gemessen, indem der zu messende Druck durch den Druck eines Flüssigkeitsstands ausgeglichen wird. Auf diese Weise können geringer Überdruck, atmosphärischer Druck, Unterdruck und Druckdifferenzen gemessen werden.

Zu dieser Gruppe gehören U-Rohr-Manometer, die aus kommunizierenden Röhren bestehen, wobei der Druck anhand der Flüssigkeitsniveaus bestimmt wird; Kompensations-Mikromanometer; Bechermanometer, bei denen anstelle einer zweiten Röhre ein Reservoir verwendet wird; sowie Schwimmer-, Glocken- und Ringdifferenzdruckmessgeräte.

Zweirohrmanometer ermöglichen die Messung von Druckdifferenzen. In diesem Fall wird an jede der Röhren der zu messende Druck angelegt.

Bei Flüssigkeitsmessgeräten dient die Arbeitsflüssigkeit als Analogon des empfindlichen Elements.

Differenzdruckmessgeräte sind in der Regel mit Signalgebern, Durchflusszählern, Reglern und Aufzeichnungsgeräten ausgestattet. Der Messbereich liegt zwischen 10 und 10⁵ Pa. Je nach der im Gerät verwendeten Flüssigkeit ändert sich die Messgrenze.

Einteilung nach funktionalem Zweck

Nach dem Verwendungszweck werden folgende Arten von Manometern zur Messung des Gasdrucks unterschieden:

• Allgemein technische;
• Referenzmanometer;
• Spezialmanometer.

Betrachten wir die Besonderheiten der einzelnen Arten.

Manometer für allgemeine technische Anwendungen

Diese Art von Manometern wird zur Messung von Vakuum- und Überdruck für allgemeine technische Zwecke hergestellt. Verschiedene Modifikationen der Geräte ermöglichen ihren Einsatz in den unterschiedlichsten Medien. Sie werden zur Druckmessung in der Produktion direkt während der technologischen Prozesse eingesetzt.

In diesen Geräten wirkt der Druck von innen auf die Röhre und verursacht eine Verschiebung des freien Endes. Mit diesem interagiert ein Mechanismus, der den Zeiger bewegt.

Mit solchen Manometern kann der Druck gasförmiger Medien gemessen werden, die gegenüber Kupferlegierungen bei einer Betriebstemperatur von bis zu 150 °C nicht aggressiv sind. Das Gehäuse besteht normalerweise aus Stahl, die Teile des Mechanismus aus Messinglegierung.

Allgemein technische Manometer für niedrigen oder hohen Gasdruck sind vibrationsbeständig bei Frequenzen im Bereich von 10 bis 55 Hz und einer maximalen Verschiebungsamplitude von 0,15 Millimetern. Sie haben mehrere Genauigkeitsklassen von 1 bis 2,5.

Digitale Manometer haben kleine Abmessungen, zeichnen sich durch hohe Messgenauigkeit und lange Lebensdauer aus. Darüber hinaus können solche Geräte kalibriert werden.

Gasmanometer für allgemeine technische Zwecke mit einer elektronischen Platine, auf der die Messdaten angezeigt werden, werden immer beliebter. Sie sind häufig mit Wandlern ausgestattet, was die technologischen Prozesse automatisiert. Die Druckwerte werden auf einer elektronischen Anzeige dargestellt.

Gruppe der Spezialmanometer

Solche Geräte werden für eine bestimmte Gasart und das von ihr erzeugte Medium hergestellt. Für Systeme mit erhöhtem Druck werden Manometer für Hochdruckgas gefertigt. Einige Gase sind gegenüber bestimmten Legierungen aggressiv, daher müssen für den Umgang mit ihnen beständige Materialien verwendet werden.

Spezielle Manometer werden je nach Gasart in verschiedenen Farben lackiert.

Propanmanometer werden rot lackiert, haben ein Stahlgehäuse und die Eigenschaften allgemeiner technischer Manometer. Der Betriebsdruck dieser Geräte liegt zwischen 0 und 0,6 MPa. Dies ist der Standarddruck von Propan. Der Einsatz ist im Temperaturbereich von –50 bis +60 °C möglich. Die Temperatur des Arbeitsmediums beträgt bis zu +150 °C. Sie sind häufig im Lieferumfang von Flaschenreduzierern enthalten.

Druckmesser für Ammoniak in Flaschen und anderen Behältern werden gelb lackiert. Aggregate mit mehrstufiger Verdichtung sind mit einer Temperaturskala ausgestattet. Die Komponenten des Manometers werden aus Materialien hergestellt, die beständig gegen Ammoniakdämpfe sind.

Bei starken dynamischen Belastungen werden Manometer mit Glyzerin oder Silikon befüllt.

Acetylenmanometer werden weiß lackiert. Es wird als Sicherheitssystemmanometer aus entfetteten Materialien hergestellt. Es dient zur Messung des Überdrucks in verschiedenen Acetylen verteilenden und erzeugenden Systemen. Das Gehäuse besteht aus Stahl, die inneren Komponenten aus einer Messinglegierung. Der zulässige Temperaturbereich liegt zwischen –40 und +70 °C.

Wasserstoffmanometer werden dunkelgrün lackiert. Manometer für andere brennbare Gase werden rot lackiert. Messgeräte für nicht brennbare Gemische werden schwarz lackiert. Sauerstoffmanometer werden hellblau lackiert.

Referenzgeräte für die Druckmessung

Diese Art von Manometern dient der Überprüfung, Kalibrierung und Einstellung anderer Geräte, um eine möglichst hohe Messgenauigkeit zu gewährleisten. Solche Geräte zeichnen sich im Vergleich zu allgemeinen technischen Manometern durch eine höhere Genauigkeitsklasse aus. Arbeitsnormale werden in drei Klassen unterteilt.

Kontrollmanometer, die zur Überprüfung der Zuverlässigkeit der Anzeigen von Messgeräten am Installationsort verwendet werden, werden auch als Manometer mit erhöhter Genauigkeit bezeichnet. Der Arbeitsmessbereich liegt für gasförmige Medien von 0-0,6 bis 0-1600 bar.

Manometer für normale und Komposit-Gasflaschen müssen mindestens einmal jährlich einer Kalibrierung unterzogen werden, sofern in den Geräteunterlagen keine anderen Fristen angegeben sind. Die Kalibrierung wird von akkreditierten messtechnischen Organisationen mit dem Status juristischer Personen durchgeführt. Nach der Kalibrierung wird eine Bescheinigung ausgestellt und ein Siegel angebracht.

Das Gerät muss von der Flasche abgenommen und zur metrologischen Dienststelle gebracht werden. Dort führen die Prüfer und Kalibratoren mit Hilfe eines Satzes von Normalen und Hilfsgeräten über etwa 10 Tage eine Prüfung durch.

Die Übertragungsmechanismen in Normalmanometern werden mit erhöhter Verzahnungsfrequenz bearbeitet. Sie zeichnen sich durch minimale Reibung im Zeigerwerk sowie durch eine hohe Empfindlichkeit der inneren Elemente aus.

Normalmanometer mit der Genauigkeitsklasse 0,4 haben eine Skala mit 250 Einheiten, solche mit der Klasse 0,15 oder 0,25 haben eine Skala mit 400 Einheiten und einem Teilungswert von 1 Einheit. Der Betrieb des Geräts ist bei unterschiedlichen Temperaturen möglich, abhängig vom Füllstoff des Gehäuses. Die ideale Arbeitstemperatur beträgt 20 °C.

Über die Besonderheiten der Befüllung von Gasflaschen informiert Sie der folgende Artikel. Es lohnt sich, ihn von allen Eigentümern von Landimmobilien zu lesen, die nicht an die zentrale Gasversorgung angeschlossen sind.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Wirkungsweise des Federmanometers:

Eigenschaften und Anwendungsbereiche des Manometers:

Manometer werden zur Lösung verschiedener Aufgaben hergestellt. Am beliebtesten sind die allgemeintechnischen Typen, die in kleinen Produktionsstätten und von verschiedenen Firmen bei der Arbeit mit Gasanlagen und -systemen eingesetzt werden. Elektrokontaktmanometer sind Geräte, die das Erreichen eines kritischen Werts signalisieren.

Für die Prüfung und Justierung von Manometern werden Normalmanometer verwendet. Spezielle Manometer werden zur Messung des Drucks eines bestimmten gasförmigen Mediums hergestellt. Besonders beliebt sind Propanmanometer, die oft zusammen mit einem Druckminderer an Gasflaschen montiert werden.

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