U-Rohr-Manometer

U-Rohr-Manometer bei gleichem Druck. Nicht ausgelenkt.

U-Rohr-Manometer bei Druckdifferenz. Um Höhe h ausgelenkt

Ein U-Rohr-Manometer kann eingesetzt werden, um Druckdifferenzen zu messen und anzuzeigen. Es gibt geschlossene und offene U-Rohr-Manometer.

Offene U-Rohr-Manometer

Die Druckdifferenz zwischen den zwei Messpunkten wird durch Verschieben einer Flüssigkeitssäule angezeigt. Dazu wird ein U-förmiges Glasrohr benutzt, das teilweise mit der Sperrflüssigkeit gefüllt wurde. Ist nun der Druck auf der einen Seite höher verschiebt sich die Sperrflüssigkeit auf die Seite mit dem geringeren Druck.

${\Delta p = p_2 - p_1 = \rho_{SF}\cdot g\cdot h}$

$h = \frac{p_2 - p_1}{\rho_{SF}\cdot g} = \frac{\Delta p}{\rho_{SF}\cdot g}$

ρ_SF ist hierbei die Dichte der Sperrflüssigkeit, g die Erdbeschleunigung und h die Höhe um die das Manometer ausgelenkt wird. p₂ und p₁ sind die Drücke an den beiden Enden des Manometers. Sind diese gleich, ist die Auslenkung h gleich null und die Flüssigkeitsspiegel sind auf der gleichen Höhe.

Die meisten offenen U-Rohr-Manometer arbeiten mit dem Umgebungsdruck (p_amb) auf der anderen Seite. Er ist literarisch als so genannter Normdruck auf 1013,25 hPa oder 101325 Pa (= 1,01325 bar siehe Diskussion) festgelegt, schwankt aber weltweit und wetterabhängig. Ein solches Manometer kann technisch auch nur bis zu bestimmten Drücken messen, da irgendwann die Sperrflüssigkeit aus dem U-Rohr hinausgeschoben werden würde.

zur U-Form:

Die Höhendifferenz ist unabhängig von der Gestalt des Manometers, solange eine geschlossene Verbindung zwischen den beiden Seiten besteht. Es ist aber zu beachten, dass das Verhältnis der Auslenkungen an den Enden vom Flächenverhältnis abhängt. Bei gleichen, im Ablesebereich konstanten Querschnittsflächen ergibt sich auf jeder Seite eine Auslenkung von h / 2 nach oben bzw. unten.

Sind die Flächen konstant, aber unterscheiden sich (A₁ und A₂), so stehen die Auslenkungen nach den Kontinuitätssatz ρh₁A₁ = ρh₂A₂ (konstantes Volumen) im Verhältnis $\frac{h_1}{h_2} = \frac{A_2}{A_1}$. Auf einer Seite mit doppelt so großer Fläche wie auf der anderen Seite beträgt die Auslenkung somit ein Drittel der gesamten Höhendifferenz.

Eine Skalierung zur Ablesung des offenen U-Rohr-Manometers auf nur einer Seite ist also von der Form (dem Querschnitt) und der Dichte der Sperrmediums abhängig.

Geschlossene U-Rohr-Manometer

Die geschlossenen U-Rohr-Manometer kann man in zwei Gruppen unterteilen: Die einen werden mit einer Gasblase gefüllt, die anderen bleiben ungefüllt. Bei diesen wird dann ein Vakuum (Unterdruck) auf der geschlossenen Seite erzeugt. Geschlossene U-Rohr-Manometer mit Vakuum sind zur Bestimmung des Absolutdruckes gut geeignet.

U-Rohr-Manometer, die mit einer Gasblase gefüllt sind, werden zur Bestimmung eines Systemdrucks in der chemischen Industrie verwendet. Das Wirkprinzip ist folgendes: Wenn in einem Behälter der Druck steigt, wird das Gas im anderen Schenkel des Manometers komprimiert. Daher ist die Skala auch nicht mit gleichen Abständen von Druck zu Druck versehen, die Abstände nehmen immer um die Hälfte ab.

Man muss sich vorstellen, dass, wenn auf 1l Volumen ein Druck von einem bar herrscht und sich das Volumen halbiert, sich der Druck auf 2 bar verdoppelt. Wenn jetzt das Volumen des halben Liters auf einen Viertelliter halbiert wird, verdoppelt sich der Druck also erneut (Boyle-Mariottsches Gesetz):

Siehe auch

• U-Rohr-Manometer bei der Venturi-Düse