Druckmessgeräte im Wandel der Zeit

Der französische Ingenieur Eugene Bourdon patentierte das Bourdon-Röhren-Drucksystem im Jahr 1849. Seitdem ist das Drucksystem nach Armbanduhren das zweitgrößte in der allgemeinen Akzeptanz und Installation.

Aufgrund der entscheidenden Rolle, die mechanische Drucksysteme im Laufe der Jahrzehnte gespielt haben, sind die Grundkomponenten eines Manometers relativ unverändert geblieben (Bourdon-Rohr, Buchse, Uhrwerk und Zifferblattanzeige).

Die Hauptaufgabe eines Druckmessgeräts mit Rohrfeder besteht darin, eine lokale Anzeige der Leistung eines Prozesses zu liefern. Durch die Überprüfung der Messung des Drucks im System durch das Manometer können Bediener oder Wartungspersonal schnell feststellen, ob die Ausrüstung sicher und mit optimaler Effizienz arbeitet.

Ein Manometer liefert normalerweise den ersten Hinweis auf ein Problem. Ein Druckabfall ist eine Warnung vor einer Leckage im System, während ein Druckanstieg auf eine Verstopfung, möglicherweise in einem Filter oder Ventil, hinweist. Während es viele andere Möglichkeiten gibt, diese Probleme zu identifizieren, ist ein Manometer eines der einfacheren visuellen Instrumente, die implementiert und verwendet werden können. Mit zunehmender Beliebtheit von Druckmessgeräten wurden sie in vielen unterschiedlichen Bereichen eingeführt und installiert, einschließlich Anwendungen, die starke Vibrationen und Pulsationen hervorrufen.

Vibrationen treten typischerweise auf, wenn andere Geräte weiter unten in der Prozesslinie nicht richtig ausbalanciert oder abgeglichen sind und daher ein hohes Maß an mechanischer Resonanz erzeugen, die sich über das gesamte Rohrleitungssystem ausbreitet. Pulsation ist eine direkte Folge davon, dass Geräte – zum Beispiel Pumpen oder Ventile – schnell ein- und ausgeschaltet werden, was zu Druckspitzen (auch als Wasserschlag bezeichnet) führt.

Vibrationen und Pulsationen im Drucksystem führen dazu, dass der Zeiger des Messgeräts schnell und unkontrolliert springt oder zittert. Dies macht es schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, einen genauen Messwert des Systemdrucks aufzuzeichnen, wodurch die Wirksamkeit des Messgeräts zunichte gemacht wird. Anhaltende Vibrationen und Pulsationen führen zu vorzeitigem Verschleiß und erfordern häufig eine Reparatur, Neukalibrierung oder einen Austausch des Messgeräts.

Bezogen auf die gesamte Lebensader von Manometern ist die Einführung der Flüssigkeitsfüllung neu. Für Anwendungen mit übermäßigen Vibrationen und Pulsationen begannen die Hersteller damit, Flüssigkeitsfüllungen in das Gehäuse von Manometern einzubauen.

Die mit Flüssigkeit gefüllte, viskose Flüssigkeit kapselt das Innere des Manometers ein und schützt es vor Vibrationen und Pulsationen. Das direkte Ergebnis ist, dass kein Begrenzungszeiger vorhanden ist und der Druck besser angezeigt wird.

Die Art der gewählten Flüssigkeitsfüllung hängt von den Prozess- und Umgebungsbedingungen ab, einschließlich des Umgebungstemperaturbereichs, der Medientemperatur und der chemischen Verträglichkeit des Prozessmediums und seiner Umgebung. Zu den gängigen Füllflüssigkeiten gehören Glycerin, eine Glycerin-Wasser-Mischung und Silikon.

Die Flüssigkeit im Gehäuse bietet hydrostatischen Widerstand (Widerstand) gegen kontinuierliche Bewegung. Die Flüssigkeit fungiert auch als Schmiermittel für das Innere des Messgeräts, wodurch die Gefahr eines vorzeitigen Verschleißes beseitigt und die Wahrscheinlichkeit von Schäden durch Vibration und Pulsation verringert wird. Der Einsatz flüssigkeitsgefüllter Manometer löst die Probleme von Vibrationen und Pulsationen, bringt aber auch mehrere andere Probleme mit sich, darunter:

Das schwerwiegendste Leckproblem bei einem Messgerät tritt nach der Installation auf. Wenn ein Messgerät leckt, landet die Flüssigkeit auf dem Fabrik- oder Anlagenboden, was zu Rutschgefahr und einer unsicheren Arbeitsumgebung führt. Dies kann verhindern, dass flüssigkeitsgefüllte Messgeräte in Einrichtungen mit strengen Sicherheitsrichtlinien installiert werden.

Ein weiterer Punkt bezüglich Undichtigkeiten betrifft das Messgerät selbst. Sobald das Messgerät seine Flüssigkeit verliert, verringert sich die Fähigkeit des Messgeräts, Vibrationen zu dämpfen, was seine Wirksamkeit zunichte macht. Abhängig davon, wie viel Flüssigkeit aus dem Messgerät ausgetreten ist, kann der Meniskus außerdem auf einem Niveau stehen, das das Ablesen des Zeigers des Messgeräts erschwert.

Die Füllflüssigkeit, die einem Manometer hinzugefügt wird, beeinflusst auch die Temperaturen, bei denen es betrieben werden kann. Glycerin, das oft die Standardfüllung in flüssigkeitsgefüllten Messgeräten ist, hat einen Temperaturbereich von etwa -20 °C bis 65 °C (-4 °F bis 150 °F). Bei Temperaturen außerhalb dieses Bereichs ist Silikonflüssigkeit erforderlich, was teurer sein kann, längere Lieferzeiten zur Folge hat und zu anderen Problemen mit der Medienkompatibilität führt.

Messgeräte, die an Orten installiert werden, an denen sie längere Zeit der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind, oder Messgeräte, die Umgebungs- oder Prozessmedientemperaturen ausgesetzt sind, die über den Füllflüssigkeitsspezifikationen liegen, können zu einer Verfärbung der Flüssigkeit führen. Dadurch ist das Messgerät eher unansehnlich anzusehen und schwer abzulesen.

Wenn ein mit Flüssigkeit gefülltes Messgerät gewartet oder neu kalibriert werden muss, ist der Vorgang aufwändiger als bei anderen Messgeräten. Das Messgerät muss zunächst getrocknet werden, bevor es repariert und neu befüllt werden kann. Dies kann die Bearbeitungszeit des Messgeräts verlängern.

Da weiterhin Druckmessgeräte installiert wurden, waren andere Dämpfungslösungen erforderlich, um Vibrations- und Pulsationsprobleme ohne die Nachteile der Flüssigkeitsfüllung zu lösen. Hier können Trockenmanometer nützlich sein: Befeuchten ohne die problematischen Probleme der Flüssigkeitsbefüllung.

Bei Trockenmanometern ragt die Zeigerwelle mit zwei an der Welle angebrachten Paddeln aus der Rückseite des Uhrwerks heraus. Dieser verlängerte Teil des Schafts ist von einer mit Dämpfungsmasse gefüllten Kappe ummantelt. Die Kappe ist dann dauerhaft verschlossen und verhindert so ein Austreten der Dämpfungsmasse.

Aufgrund der geringen Flüssigkeitsmenge, die in einer versiegelten Kappe enthalten ist, vereinen diese Trockenmanometer die besten Eigenschaften eines Trockenmanometers und eines mit Flüssigkeit gefüllten Manometers. Dies kann zu Vorteilen wie weniger undichten Messgeräten, höherer Temperaturtoleranz, keiner Verfärbung und schnelleren Durchlaufzeiten bei Reparaturen und Kalibrierungen führen.

Diese Messgeräte können auch in einem größeren Bereich von Umgebungs- und Prozesstemperaturen betrieben werden (-40 °C bis 120 °C oder –40 °F bis 250 °F) und können ohne Verfärbungsgefahr in direktem Sonnenlicht installiert werden.

Die Rolle des Messgeräts als Indikator für Effizienz oder potenzielle Fehler macht es für den Gesamtzustand eines Prozesses von entscheidender Bedeutung.

Peter Chronis ist Vizepräsident für Geschäftsentwicklung bei Winters Instruments, einem Hersteller von Instrumentierungsprodukten mit Hauptsitz in Toronto, Kanada. Weitere Informationen finden Sie unter www.winters.com.