Bourdon-Rohr-Manometer: Aufbau, Funktionsweise und Anwendungen

Was ist ein Bourdon-Rohr-Manometer?

Bourdon-Rohre haben einen ovalen Querschnitt und sind radial geformt. Der Druck des Messmediums wirkt auf das Innere des Rohrs und verursacht eine Bewegung am nicht eingespannten Ende des Rohrs. Der Druck wird durch diese Bewegung gemessen, die angezeigt wird.

Für Drücke bis 60 bar können C-förmige Bourdon-Rohre mit einem Winkel von etwa 250° eingesetzt werden. Für höhere Drücke werden Bourdon-Rohre mit mehreren übereinanderliegenden Windungen desselben Winkeldurchmessers (Helixrohre) oder Spiralrohre mit einer Spiralwindung in einer Ebene (Spiralrohre) verwendet.

Bourdon-Rohr-Manometer messen Relative Drücke von 0,8 bis 100.000 psi. Sie sind mechanische Druckmessgeräte, die keinen Strom benötigen. Typische Anwendungen sind:

• Messung von mittleren bis sehr hohen Drücken
• Hochdruckanwendungen wie Dampfkessel und Kompressoren
• Druckmessung in Fahrzeugreifen

Aufbau

Das Hauptkomponente ist ein elastischer Wandler – ein Bourdon-Rohr, das an einem Ende fest und offen ist, um den zu messenden Druck aufzunehmen. Das andere Ende des Bourdon-Rohrs ist offen und geschlossen. Der Querschnitt ist oval. Das Rohr ist in Form eines Kreisbogens gebogen. Ein verstellbares Gestänge verbindet das freie Ende des Bourdon-Rohrs mit einem Sektor und Zahnrad. Ein Zeiger ist auf der Welle des Zahnrads befestigt und streicht über eine druckkalibrierte Skala.

Funktionsprinzip

Der zu messende Druck wird an das feste offene Ende des Bourdon-Rohrs angeschlossen. Der ausgeübte Druck wirkt auf die Innenwände des Rohrs. Der Querschnitt neigt sich durch den Druck von elliptisch zu kreisförmig zu verändern. Dies streckt das Bourdon-Rohr, wodurch das freie Ende verschoben wird.

Die Verschiebung des freien, geschlossenen Endes ist proportional zum angewendeten Druck. Wenn das freie Ende mit einer Gestänge-Sektor-Zahnrad-Anordnung verbunden ist, wird die Verschiebung verstärkt und in eine Drehbewegung des Zahnrads umgesetzt.

Beim Drehen des Zahnrads bewegt sich der Zeiger auf der druckkalibrierten Skala, sodass der angewendete Druck direkt angezeigt wird. Da der Druck im Gehäuse, das das Bourdon-Rohr enthält, normalerweise Umgebungsdruck ist, zeigt der Zeiger den Überdruck an.

Vor- und Nachteile von Bourdon-Rohr-Manometern

Vorteile:

• Bourdon-Rohr-Manometer liefern präzise Messwerte.
• Das Bourdon-Rohr ist kostengünstig.
• Die Herstellung von Bourdon-Rohren ist einfach.
• Sie können durch Modifikation elektrische Signale liefern.
• Auch bei Hochdruckmessungen sind sie sicher.
• Die Genauigkeit ist hervorragend, insbesondere bei hohen Drücken.

Nachteile:

• Sie reagieren langsam auf Druckänderungen.
• Sie unterliegen Hysterese.
• Sie sind empfindlich gegenüber Vibrationen und Stößen.
• Da die Verschiebung des freien Endes sehr klein ist, ist eine Verstärkung erforderlich.

Fazit

Das Bourdon-Rohr-Manometer, 1850 erfunden, ist bis heute eines der am weitesten verbreiteten Instrumente zur Druckmessung von Flüssigkeiten und Gasen einschließlich Dampf, Wasser und Luft bis zu 100.000 psi (70.000 N/cm²). In diesem Artikel wurden Definition, Anwendungen, Aufbau, Diagramm, Funktionsweise, Vor- und Nachteile ausführlich behandelt.