Waterguide - Druckmessung

Was ist Druckmessung?

Druck bezeichnet eine Kraft, die auf eine Fläche einwirkt. Mathematisch wird dieser Zusammenhang über den Quotienten

ausgedrückt, welcher die Einheiten Newton für die Kraft F und für den Flächeninhalt A beinhaltet. Druck ist also eine Kraft pro Flächeneinheit, welcher auch mit der Einheit Pascal Pa beschrieben wird.

Welche Arten von Druckmessung gibt es?

Neben der Absolut- und Relativdruckmessung gibt es die hydrostatische Druckmessung sowie die Differenzdruckmessung. Für unterschiedliche Anforderungen und Fluide werden auch unterschiedliche Druckmessverfahren eingesetzt.

Was ist eine Absolut- bzw. Relativdruckmessung?

Der Absolutdruck bezieht sich auf den Druck in einem luftleeren Raum (Vakuum). Dieser ist eindeutig, da in einem luftleeren Raum kein Druck herrscht, p entspricht also 0 Pa. Der Relativdruck bezieht sich dagegen auf den atmosphärischen Druck auf der Erde, welcher sich je nach Höhenlänge unterscheidet. Auf Meereshöhe beträgt der mittlere Luftdruck 1013,25 hPa, was gerundet ca. 1 bar entspricht.

Bei einer Absolutdruckmessung muss also eine Druckänderung in einem luftleeren Raum gemessen werden. Hierbei wird eine luftleere Zelle, welche z. B. aus zwei Keramikplatten besteht, konstruiert. Auf den Keramikträgern wird elektrisch leitfähiges Material aufgetragen. Das Vakuum (Dialektrikum) trennt nun die elektrisch leitfähigen Platten (Elektroden), wodurch ein Kondensator entsteht, welcher elektrische Ladung in einem Gleichstromkreis statisch in einem elektrischen Feld speichern kann. Diese gespeicherte Spannung pro Ladung (elektrische Kapazität) wird mit der Einheit Farad gemessen.

Wird nun auf die Keramikfläche Druck ausgeübt, so verformt sich diese, wodurch sich auch die elektrische Kapazität der Zelle ändert. Diese Kapazitätsänderung lässt sich in einem mathematischen Zusammenhang mit dem ausgeübten Druck setzen. Die Absolutdruckmessung zeigt auch im Ruhezustand einen Druck an, nämlich den atmosphärischen Druck, den die Umgebung auf das geschlossene Zellsystem ausübt.

Bei der Relativdruckmessung dagegen ist der Aufbau zwar gleich, es wird aber ein Kanal zur Umgebung freigelassen, sodass sich in der Zelle der atmosphärische Druck als Nullpunkt einstellt. Druckänderungen werden nun relativ zum atmosphärischen Druck gemessen. Die Druckanzeige zeigt im Ruhezustand 0 Pa bzw. bar an.

Neben der digitalen Druckmessung gibt es auch die klassische, analoge über einen Manometer. Hierbei drückt z. B. beim Rohrfedermanometer das Fluid z. B. gegen eine kreisförmig aufgewickelte Feder, welche sich verformt. Durch die Kontraktion der Feder wird über eine Zugstange ein Zahnrad bewegt, welches die Zeigerachse der Druckanzeige verschiebt.

Was ist eine hydrostatische Druckmessung?

Bei der hydrostatischen Druckmessung bedient man sich einem Druckmesser, welcher z. B. am unteren Ende eines Tanks installiert wird. Wird nun der Tank mit Wasser gefüllt, so drückt die Wassersäule auf die Zelle des Drucksensors. Bei steigender Wassermenge drückt auch mehr Wasser gegen die Messzelle, sodass sich ein steigender Druck in der Anzeige ergibt.

Die Flüssigkeitssäule , die Dichte des Mediums und die Gravitationskontante sind proportional zueinander und ergeben den ausgeübten hydrostatischen Druck

Aufgrund dieses Zusammenhanges lässt sich über die Höhe der Wassersäule direkt auf den ausgeübten Druck und umgekehrt schließen.

Dabei muss aber beachtet werden, dass zusätzlich zu dem ausgeübten Druck der Wassersäule auch der atmosphärische Druck auf die Wassersäule drückt, wenn der Tank offen ist. Deshalb spricht man von einer relativen-hydrostatischen Druckmessung, wenn der atmosphärische Druck in der Messung dem Nullpunkt entspricht, da es zu einem kontinuierlichen Druckausgleich kommt und somit das in dem Tank befindliche Gas keinen Einfluss auf den Druck bzw. Füllstandsmessung nimmt.

Was ist eine Differenzdruckmessung?

Bei der Differenzdruckmessung werden über einen Transmitter zwei unterschiedliche Drücke voneinander subtrahiert. In einem geschlossenen Behälter wird so der Druck der Flüssigkeitssäule mit dem Kopfdruck des Gases oberhalb des Füllstandes verrechnet. Beide Werte werden über ölgefüllte Leitungen an den Transmitter mit seiner Differenzdruckmesszelle weitergeleitet, welcher die Drücke in ein elektrisches Signal umwandelt und somit den Differenzdruck bestimmt.

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