Die physikalische Grösse Druck und die unterschiedlichen Druckarten
Neben der Temperatur zählt der Druck zu den am häufigsten gemessenen physikalischen Grössen in industriellen Anwendungen. Es gibt allerdings verschiedene Masseinheiten für und Arten von Druck. Im Folgenden erklären wir die grundlegenden Begriffe.
Druck beschreibt die auf eine Fläche (A) wirkende Kraft (F) und wird mit dem Formelzeichen p angegeben:
p= F/A
Nach dem internationalen Einheitssystem wird die SI-Einheit von Druck Pascal (Pa) genannt. Die Bezeichnung geht auf den französischen Mathematiker Blaise Pascal (1623 – 1662) zurück und wird aus den SI-Einheiten Meter und Newton wie folgt abgeleitet: 1 Pa = 1 N/m2.
Das Pascal ist eine sehr kleine Druckeinheit. In industriellen Anwendungen greift man daher in der Regel auf die Einheit bar zurück. Die verwendeten Einheiten zur Angabe eines Druckes variieren von Anwendungsgebiet zu Anwendungsgebiet. So wird Pa für Druckmessungen in Reinräumen benutzt. Die Meteorologie greift auf die Einheit hPa zurück. Der Blutdruck wird hingegen in der Einheit mmHg gemessen. Wie sich diese einzelnen Einheiten zueinander verhalten wird in der unten stehenden Umrechnungstabelle deutlich.
Abbildung 1: Umrechungstablle Druckeinheiten
Die Druckarten
Für Anwender ist es wichtig, die verschiedenen Druckarten unterscheiden zu können, um den idealen Drucktransmitter für ihre Anwendung zu wählen.
Für die Druckmessung ist die Unterteilung in Absolut-, Differenz- und Relativdruck entscheidend.
Absolutdruck
Der absolute Druck bezieht sich auf den Druck Null. Damit ist ein luftleerer Raum gemeint, wie er beispielsweise in den Weiten des Universums oder in einem idealen Vakuum herrscht. Der Messdruck ist demnach immer grösser als der Referenzdruck. Zur besseren Unterscheidung von den anderen Druckarten wird der Absolutdruck mit dem Index abs kenntlich gemacht: Pabs.
Absolutdrucksensoren nutzen als Referenzdruck ein im Sensorelement eingeschlossenes Vakuum. Dieses befindet sich auf der Sekundärseite der Membran. Neben meteorologischen Anwendungen werden Absolutdrucksensoren auch oft in der Verpackungsindustrie eingesetzt (z.B. bei der Herstellung von Vakuumverpackungen).
Abbildung 2: Übersicht der unterschiedlichen Druckarten
Relativdruck
Der Relativdruck referenziert den atmosphärischen Druck. Der atmosphärische Druck wird mit dem Index amb gekennzeichnet. Dabei handelt es sich um den Druck, der durch die erdumhüllende Luftschicht wirkt. Dieser Druck nimmt bis zu einer Höhe von ca. 500 Kilometer kontinuierlich ab (ab dieser Höhe herrscht absoluter Druck). Der atmosphärische Druck entspricht auf Meereshöhe in etwa 1013 mbar und schwankt bei Hoch- und Tiefdrucklagen um zirka fünf Prozent.
Im Unterschied zu einem Absolutdrucksensor ist die Sekundärseite eines Relativdrucksensors offen, um einen Druckausgleich zum Atmosphärendruck zu gewährleisten. Neben Relativdruck ist auch die Bezeichnung Überdruck üblich. Von einem positiven Überdruck spricht man, wenn der absolute Druck höher als der Atmosphärendruck ist. Ist dies nicht der Fall, wird von einem negativen Überdruck gesprochen (früher war auch die Bezeichnung Unterdruck gebräuchlich).
Als praktisches Beispiel für eine Relativdruckmessung soll der Reifendruck eines Fahrzeuges dienen: Werden bei einem Luftdruck von 1 bar einem Reifen 2 bar relativer Druck zugeführt entspricht dies 3 bar Absolutdruck.
Differenzdruck
Beim Differenzdruck wird der Druckunterschied zwischen zwei beliebigen Drücken angegeben. Aus diesem Grund besitzen Differenzdrucksensoren zwei Druckanschlüsse.
Ein Anwendungsbeispiel für die Differenzdruckmessung ist die hydrostatische Druckmessung in geschlossenen Tanks.
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