Differenzdruckmanometer

Differenzdruckmanometer sind Spezialinstrumente zur Messung der Druckdifferenz zwischen zwei Punkten – einer Größe, die in vielen industriellen Anwendungen entscheidend ist: Lüftung und lüftungstechnische Anlagen (Messung des Luftvolumenstroms mit Pitot-Sonden, Überwachung von Filtern und Reinräumen), Füllstandsregelung in Druckbehältern, Überwachung von Pumpen und Ventilatoren, Überwachung von Wärmetauschern (Druckverlust), chemische Prozessindustrie und HLK-Anwendungen. Sie messen die Differenz zwischen einem Druck „+“ und einem Druck „−“, unabhängig vom Absolutwert beider.

Aufbau

Differenzdruckmanometer verwenden zwei Druckeingänge (+ und −), die mit einem einzigen bidirektionalen Messglied verbunden sind: einer zentralen Membran, die sich je nach Differenz zur einen oder zur anderen Seite verformt, oder zwei gegenüberliegenden Bourdonfedern, oder zwei elektronischen Zellen mit Differenzsignalverarbeitung. Der Differenzdruck kann positiv (+P > −P), negativ (+P < −P) oder null sein. Der typische Messbereich reicht von 0-25 Pa (für hochempfindliche Reinraumanwendungen) bis 0-100 bar (für Industriefilter im Hochdruckbereich), auch mit bidirektionalen Skalen (-1000 / +1000 Pa zur Strömungsüberwachung). Die typische Genauigkeit beträgt 0,5-2 % v. E.

Reinräume und kontrollierte Umgebungen

Eine der häufigsten Anwendungen ist die Überwachung des Überdrucks in Reinräumen und pharmazeutischen GMP-Bereichen: Der Innendruck muss ständig positiv bleiben (5-30 Pa über der Umgebung), um das Eindringen von Verunreinigungen von außen zu verhindern (Druckkaskade). Analoge Zeigergeräte (Typ Magnehelic) oder digitale Differenzdruckmanometer werden in allen kritischen Räumen installiert und liefern eine sofortige Anzeige. Digitale Messumformer mit 4-20-mA-Ausgang sind an die Gebäudeleittechnik des Betriebs angebunden, für Alarme und automatische Aufzeichnung. Die Anforderungen regeln ISO 14644-3 und EU-GMP-Anhang 1.

Filterüberwachung

Eine weitere wichtige Anwendung ist die Überwachung der Zusetzung von Luft-, Gas- und Flüssigkeitsfiltern: über die Messung des Druckverlusts am Filter lässt sich erkennen, wann der Filter der Sättigung nahekommt und ausgetauscht werden muss. Für Luftfilter werden Niederdruckmanometer eingesetzt (0-500 Pa oder 0-1000 Pa), für industrielle Gas- und Hydraulikfilter Manometer mit hohem Differenzdruck (typisch 0-1 bar). Die Einbindung eines akustischen Alarms oder eines Signals an das Leitsystem ermöglicht eine automatische Wartungssteuerung.

Volumenstrommessung mit Pitot-Sonde

Die Messung des Luftvolumenstroms in Luftkanälen erfolgt häufig mit einer Pitot-Sonde (die die Differenz zwischen Gesamtdruck und statischem Druck der Strömung misst, woraus sich über die Bernoulli-Gleichung die Geschwindigkeit ergibt), die an ein Niederdruck-Differenzdruckmanometer angeschlossen ist (typischer Bereich 0-1000 Pa). Differenzdruckmanometer für Pitot-Anwendungen sind oft direkt in die Sondenrohre integriert. Zu den Anwendungen zählen der Abgleich von HLK-Anlagen, die Prüfung des Volumenstroms von Abzugshauben, Ventilatorprüfungen und die Kontrolle von Lackierkabinen.

Füllstandsanwendungen

In Druckbehältern oder geschlossenen Tanks wird der Flüssigkeitsstand mit einem Differenzdruckmanometer gemessen: eine Druckentnahme am Boden, eine am unter Druck stehenden Gasraum; die Differenz ist der Füllhöhe proportional nach h = ΔP / (ρ·g). Diese Anwendung ist in Behältern der chemischen Prozesstechnik, in Autoklaven und in Destillationsanlagen verbreitet, wo herkömmliche Schwimmer- oder Radar-Füllstandssensoren nicht einsetzbar sind. Spezielle Messumformer verfügen über hochempfindliche Zellen (1-100 mbar) für genaue Füllstandsmessungen in Behältern geringer Höhe.

Normen und Kalibrierung

Die Kalibrierung von Differenzdruckmanometern erfolgt mit Differenzdruckgeneratoren hoher Klasse, wobei die Drücke + und − gleichzeitig mit einer Genauigkeit simuliert werden, die besser ist als die Klasse des zu prüfenden Geräts. Für Niederdruckskalen werden Wasser- oder Ölsäulenkalibratoren in Mikromanometern verwendet. Die Referenznormen sind ISO 4006 (Begriffe und Definitionen zum Differenzdruck), EN 837 für mechanische Manometer sowie branchenspezifische Normen (ISO 14644-3 für Reinräume, ISO 5167 für die Durchflussmessung).