Einsatzhinweise
Betriebsanleitung für Manometer - Kapitel 1
1.0 Anwendungsbereich
Die folgenden Ausführungen gelten für Druckmessgeräte mit elastischem Messglied.
1.1 Auswahlkriterien
Der Anwender muss sicherstellen, dass das richtige Druckmessgerät ausgewählt wurde hinsichtlich An-zeigebereich und Ausführung (z.B. Beständigkeit der Materialien gegen Messstoff, Atmosphäre und Tem-peratur, Überdrucksicherheit etc.). Die für den Anwendungsfall geltenden Vorschriften sowie EN 837-2 sind zu beachten.
1.2 Messprinzipien
Die in dieser Bedienungsanleitung beschriebenen Druckmessgeräte enthalten Messglieder, die sich unter dem Einfluss eines Druckes elastisch verformen. Diese Bewegung wird auf ein Zeigerwerk übertragen. Wegen ihrer Robustheit und einfachen Handhabung sind diese Geräte (Manometer)in der technischen Druckmessung weit verbreitet. Die Messglieder bestehen in der Regel aus Kupferlegierungen oder legierten Stählen.
1.2.1 Druckmessgeräte mit Rohrfeder
Rohrfedern sind kreisförmig gebogene Rohre von ovalem Querschnitt. Der zu messende Druck wirkt auf die Innenseite des Rohres, wodurch sich der Ovalquerschnitt der Kreisform annähert. Durch die Krümmung des Federrohres entstehen Ring-spannungen, welche die Feder aufbiegen. Das nicht eingespannte Federende führt eine Bewegung aus, die ein Maß für den Druck ist. Für Drücke bis 40 bar werden im allgemeinen kreisförmig gebogene Federn mit einem Windungswinkel von 270° verwendet, für höhere Drücke Federn mit mehreren Windungen in Schraubenform. Rohrfedern haben eine relativ geringe Rückstellkraft. Daher ist bei Zusatzeinrichtungen wie zum Beispiel Schleppzeigern, Grenzsignalgebern oder Widerstandsferngebern deren Einfluss auf die Anzeige zu berücksichtigen. Rohrfedermessorgane können nur begrenzt durch Ab-stützen des Messgliedes bei einem Grenzdruckwert gegen Überlastung geschützt werden.
Rohrfeder-Manometer werden für Messspannen von 0,6 bar bis 4000 bar zumeist in den Klassen 0,6 bis 2,5 verwendet. Der Einfluss von Temperaturveränderung auf die Anzeige ist im wesentlichen vom Temperaturgang des Elastizitätsmoduls der Rohrfeder bestimmt. Der temperaturbedingte Fehler liegt je nach Werkstoff zwischen 0,3% und 0,4% je 10 K.
1.2.2 Druckmessgeräte mit Plattenfeder
Plattenfedern sind kreisförmig gewellte Membranen. Sie werden einseitig von dem zu messenden Druck beaufschlagt. Die Durchbiegung der Membrane ist ein Maß für den Druck. Plattenfedern haben eine relativ große Rückstellkraft. Der Einfluß von Zusatzeinrichtungen ist daher geringer als bei Rohrfeder-geräten. Durch die ringförmige Einspannung der Plattenfeder ist sie weniger empfindlich gegen Erschütterungen. Plattenfedern sind durch Abfangen des Messgliedes schützbar gegen hohe Überlastung. Sie können durch Überzüge oder Vorlagen aus Folien gegen korrosive Messstoffe geschützt werden. Plattenfeder-Manometer sind auch vorteilhaft bei hochviskosen oder kristallisierenden Messstoffen, da durch weite Anschlussbohrungen, offene Anschlussflansche oder Spülbohrungen optional Reinigungsmöglichkeiten vorgesehen werden können.
Es gibt Manometer mit waagerechter Plattenfeder und Manometer mit senkrechter, also parallel zum Zifferblatt angeordneter Plattenfeder. Bei Messspannen < 0,6 bar werden im allgemeinen Plattenfedern von Ø 160 mm, bei höheren Drücken von Ø 100 mm verwendet. Durch die ringförmige Einspannung der Plattenfeder ist die Anzeigeabweichung bei Temperaturveränderung wesentlich höher als bei Rohrfeder-geräten. Plattenfeder-Druckmessgeräte werden für Messspannen von 10 mbar bis 40 bar in den Klassen 1,6 und 2,5, in Ausnahmefällen auch 4,0, verwendet.
1.2.3 Druckmessgeräte mit Kapselfeder
Eine Kapselfeder besteht aus zwei kreisförmig gewellten Membranen oder einer Membran und einer Grundplatte, die am Rand druckdicht zusammengefügt sind.Der Messdruck wird im Zentrum einer der Membranen eingeleitet und wirkt auf die Innenseite der Kapsel. Die hierdurch erzeugte Hubbewegung ist ein Maß für den Druck. Kapselfeder-Druckmessgeräte sind für flüssige Messstoffe nicht geeignet.
Die Messspannen erstrecken sich von 2,5 mbar bis 600 mbar in den Klassen 0,6 bis 1,6. Die Anzeigeabweichung bei Temperaturänderung liegt je nach Werkstoff zwischen 0,3% und 0,4% je 10 K.
1.3 Anzeigebereiche
Der Betriebsdruck sollte im mittleren Drittel des Anzeigebereiches des Manometers liegen. Die maximale Druckbelastung sollte 75% des Skalenendwertes bei ruhender Belastung oder 65% des Skalenendwertes bei dynamischer Belastung nicht übersteigen, vergl. EN 837-2.
1.4 Fehlergrenzen
Die Fehlergrenzen von Druckmessgeräten sind in der EN 837-1 (Rohrfeder-Manometer) und EN 837-3 (Kapselfeder- und Plattenfeder-Manometer) festgelegt. Druckmessgeräte der Klassen 0,1 bis 0,6 und besser werden für genaue Messungen vorzugsweise in Labors und Werkstätten eingesetzt. Druckmessgeräte der Klassen 1,0 und 1,6 dienen im Betrieb als Messgeräte an Maschinen und in Produk-tionsanlagen. Druckmessgeräte der Klassen 2,5 und 4,0 werden für Überwachungsaufgaben ohne besondere Genauigkeitsanforderungen verwendet.
1.5 Messstoff- und Umgebungsbedingungen
Bei der Auswahl von Druckmessgeräten sind die Auswahl und Einbauempfehlungen gemäß EN 837-2 sowie die Hinweise in dieser Anleitung, insbesondere unter Abschnitt 1.5.1., 1.5.2. sowie die Messanordnungen in den Montagehinweisen., zu beachten. Der Einsatz von für die tatsächlichen Betriebsbedingungen nicht geeigneten Druckmessgeräten kann zu erheblichen Folgeschäden führen.
1.5.1 Eigenschaften des Messstoffes
1.5.1.1 Druckverlauf
Schnelle Druckänderungen oder Druckstöße dürfen nicht unvermittelt auf das Messglied einwirken.
Druckstöße dürfen den Verwendungsbereich der Druckmessgeräte nicht überschreiten. Gegebenenfalls sind Überlastschutzvorrichtungen vorzuschalten. Bei Druckänderung >10 % der Skalenendwerte je Sekunde ist das Ablesen der Messwerte beeinträchtigt. Darüber hinaus wird die Lebensdauer der Geräte stark herabgesetzt. In diesen Fällen sind Dämpfungen vorzusehen.
Mit Drosselelementen (Drosselschraube oder einstellbarer Stoßdämpfer) wird der Eingangsquerschnitt stark verringert und dadurch die Druckänderung im Messglied verzögert. Der Einbau einer Drosselstrecke (Verringerung des Querschnittes der Messleitung) ist ebenfalls möglich. Nachteilig ist in beiden Fällen die Anfälligkeit gegen Verschmutzungen. Dämpfungselemente am Zeigerwerk verzögern lediglich die Zeigerbewegung. Flüssigkeitsfüllungen der Gehäuse dämpfen die Bewegung des Messgliedes und verringern den Verschleiß der beweglichen Teile.
1.5.1.2 Temperatur
Ist die Temperatur des Messstoffes an der Messstelle abweichend von der zulässigen Betriebstemperatur des Druckmessgerätes (vergl. Abschnitt 7 sowie EN 837-1, -2, -3) , so muß eine ausreichend lange Mess-leitung, ein Wassersackrohr oder ein Druckmittler mit Kapillarrohr zum Druckmessgerät vorgeschaltet werden. Der Einfluss auf die Anzeige aufgrund der von +20 °C abweichenden Gerätetemperaturen ist zu beachten.
1.5.1.3 Hochviskose, kristallisierende oder feststoffhaltige Messstoffe
Zur Druckmessung von hochviskosen, kristallisierenden oder feststoffhaltigen Messstoffen sind Platten-feder-Manometer oder Rohrfeder-Druckmessgeräte mit angebautem Druckmittler zu empfehlen.
1.5.1.4 Korrosive Messstoffe
Können die korrosiven Messstoffe durch Trennmittel vom Messorgan ferngehalten werden, so dürfen Standardgeräte eingesetzt werden. Anderenfalls ist die Auswahl des geeigneten Werkstoffes zwingend notwendig, wobei der Anwender dem Hersteller alle Informationen über Werkstoffe geben muß, die mit dem Messstoff unter den spezifischen Messbedingungen verträglich sind, vergl. EN 837-2, Absatz 4.3.
Wegen der beschränkten Auswahl an Werkstoffen für die elastischen Messglieder müssen evtl. Plattenfeder-Druckmessgeräte mit Schutzauskleidung eingesetzt werden oder Druckmittler aus beständigen Werkstoffen einem Rohrfeder-Druckmessgerät vorgeschaltet werden.
1.5.2 Umgebungsbedingungen
1.5.2.1 Erschütterungen
Können Erschütterungen des Druckmessgerätes nicht durch geeignete Installation vermieden werden, so sind Geräte mit Zeigerwerkdämpfung oder Flüssigkeitsfüllung einzusetzen.
1.5.2.2 Umgebungstemperatur
Die auf dem Zifferblatt angegebene Fehlergrenze gilt bei einer Referenztemperatur +20 °C. Abweichende Temperaturen haben einen Einfluss auf die Anzeige. Die Größe des Einflusses hängt vom Messprinzip ab (siehe Abschnitt 3.1). Bei Freianlagen sind durch Auswahl oder Schutz die Umwelteinflüsse zu berück-sichtigen, um z. B. bei Temperaturen unter 0 °C ein Vereisen des Druckmessgerätes zu verhindern. Bei flüssigkeitsgefüllten Geräten nimmt mit sinkender Umgebungstemperatur die Viskosität der Füllflüssigkeit zu. Dies führt zu einer erheblichen Verzögerung der Anzeige. Die Umgebungstemperatur ist auch hinsichtlich der maximal zulässigen Betriebstemperaturen am Gerät zu berücksichtigen.
1.5.2.3 Korrosive Atmosphäre
Bei korrosiver Atmosphäre sind entsprechend geeignete Gehäuse und Bauteile aus beständigen Werk-stoffen vorzusehen. Dem Außenschutz dienen auch besondere Oberflächenbehandlungen.
1.6. Einsatzempfehlung für An- und Einbauteile bzw.Zusatzgeräte
1.6.1 Manometerhahn als Absperrarmatur für Druckmessgeräte
Es empfiehlt sich, eine Absperrvorrichtung zwischen Druckentnahmestelle und Druckmessgerät zu montieren, die einen Austausch des Messgerätes und eine Nullpunktkontrolle bei laufender Anlage ermöglicht. Je nach Verwendungszweck werden Hähne oder Ventile eingesetzt. Hähne haben drei Stellungen:
- Entlüften: Die Zuleitung ist geschlossen, und das Messorgan ist mit der Atmosphäre verbunden. Der Nullpunkt kann kontrolliert werden.
- Betrieb: Die Zuleitung ist offen, das Messorgan steht unter Druck.
- Ausblasen: Die Zuleitung ist offen, der Messstoff entweicht in die Atmosphäre. Das Messorgan ist außer Betrieb
1.6.2 Manometerventil als Absperrarmatur für Druckmessgeräte
Bei Ventilen (z.B. nach DIN 16270 und DIN16271) ist meist eine Entlüftungsschraube zwischen Ventilsitz und Druckmessgerät vorgesehen. Die Entlüftung zur Atmosphäre ist so anzuordnen, dass Beschäftigte nicht durch austretenden Messstoff gefährdet werden. Mögliche Belastungen der Umwelt sind zu vermeiden. Bei gewissen Anwendungsfällen (z. B. Dampfkesseln) müssen die Absperrarmaturen einen Prüfanschluss haben, damit das Druckmessgerät ohne Ausbau kontrolliert werden kann.
1.6.3 Messgerätehalterung
Ist die Messleitung nicht stabil genug, um das Druckmessgerät erschütterungsfrei zu tragen, so ist eine geeignete Messgerätehalterung vorzusehen.
1.6.4 Wassersackrohre
Gegen Erwärmung durch heiße Messstoffe (z.B. Wasserdampf) sind die Absperrarmaturen und die Druckmessgeräte durch ausreichend lange Messleitungen oder Wassersackrohre zu schützen.
1.6.5 Druckmittler
Bei aggressiven, heißen, hochviskosen oder auskristallisierenden Messstoffen können Druckmittler als Trennvorlage vor Rohrfeder-Manometern eingesetzt werden, um ein Eindringen dieser Messstoffe in das Messorgan zu verhindern. Zur Druckübertragung auf das Messglied dient eine neutrale Flüssigkeit, deren Auswahl je nach Messbereich, Temperatur, Viskosität und anderen Einflüssen erfolgt, wobei auf die Verträglichkeit dieser Flüssigkeit mit dem Messstoff zu achten ist.
Druckmittler gibt es in unterschiedlichen Bauformen, Membrandruckmittler sind die gängiste Variante. Bei Rohr- und Flanschdruckmittlern muss das Druckmessgerät für die gegebene Einbaulauge passend vom Hersteller am Druckmittler montiert sein.
Die Verbindung zwischen Druckmessgerät und Druckmittler darf nicht getrennt werden. Mögliche Fehlereinflüsse durch das Vorschalten eines Druckmittlers vor das Messgerät sind zu berücksichtigen.
1.6.6 Überdruckschutzvorrichtungen
Muss aus betrieblichen Gründen der Anzeigebereich kleiner gewählt werden als der maximale Betriebsdruck, so kann das Druckmessgerät durch Vorschalten einer Überdruckschutzvorrichtung vor Beschädigung geschützt werden. Bei einem Druckstoß schließt die Schutzvorrichtung sofort, bei einem langsamen Druckanstieg nur allmählich. Der einzustellende Schließdruck hängt daher vom zeitlichen Verlauf ab. Hochviskose und verschmutzte Messstoffe können die Funktion der Schutzvorrichtung allerdings beeinträchtigen oder diese unwirksam machen. Kapsel- und Plattenfeder-Manometer können selbst auch überdrucksicher (3-fach, 5-fach oder 10-fach) gefertigt werden.
