Hoe Werkt een Manometer

Drukmeters, ook wel manometers, zijn instrumenten om de druk van een gas of vloeistof in een systeem te meten. Een manometer instrument of drukmeter wordt vaak gebruikt om de luchtdruk, waterdruk of een andere media druk in een systeem te meten. Het meten van de druk in een systeem is essentieel om de consistentie van een product te waarborgen en een veiligheidsmaatregel om eventuele lekken of drukopbouw in een systeem te ontdekken. Alvorens een manometer te specificeren, is het belangrijk de basisprincipes van druk te begrijpen. In dit artikel wordt uitgelegd hoe manometers werken en hoe u er een kiest voor een toepassing.

Inhoudsopgave

• Grondbeginselen van druk en drukmeting
• Wat is een manometer?
• Hoe werken analoge manometers
• Accessoires
• Selectiecriteria
• Drukeenheden
• Drukbereiken
• Nom. maat
• Nauwkeurigheid van de manometer
• Materialen
• Typen montage en aansluiting
• Veiligheid en levensduur
• FAQs

Grondbeginselen van druk en drukmeting

Druk staat voor de hoeveelheid kracht die op een oppervlak wordt uitgeoefend. De SI-eenheid van druk is Pascal. Eén Pascal is gelijk aan de kracht van 1 Newton uitgeoefend op een oppervlak van 1 m 2. In een stilstaande vloeistof of gas is dit de kracht die op een bepaald punt op de wand van het vat wordt uitgeoefend.

De statische druk (figuur 2 met opschrift A) is uniform in alle richtingen. Een bewegende vloeistof oefent echter extra druk uit in de stroomrichting, terwijl de invloed op de oppervlakken parallel aan de stroomrichting te verwaarlozen is, zoals blijkt uit figuur 2. Deze extra druk wordt dynamische druk genoemd (figuur 2 met label C). De totale druk van een stroom (ook stagnatiedruk genoemd) is de som van de statische en dynamische druk in die stroom (figuur 2 met label D).

Een instrument meet de totale druk van de stroom als het in de stroomrichting staat. De in de volgende hoofdstukken besproken instrumenten zijn ontworpen om de statische druk in een systeem te meten. Druk wordt vaak in drie vormen gemeten: absoluut, relatieve druk en verschildruk. Lees ons artikel over drukvormen voor meer details over elk type.

Wat is een manometer?

Een manometer is een apparaat dat de druk van een vloeistof meet. Hij bestaat meestal uit een wijzerplaat of een digitaal display dat de druk aangeeft, samen met een sensor die de druk meet en omzet in een elektrisch signaal dat door het display kan worden gelezen. De controle van de drukwaarde van een hydraulisch systeem houdt de opbouwdruk in het systeem in de gaten. Een hydraulisch systeem is ontworpen om binnen een bepaald drukbereik te werken, dus is het van belang ervoor te zorgen dat de manometer geschikt is voor het werkbereik. Manometers bestaan doorgaans uit een drukgevoelig element (zoals een bourdonbuis of diafragma) verbonden met een meetmechanisme en een display zoals een wijzerplaat of digitale uitlezing. Het drukgevoelige element vervormt onder de druk van het gas of de vloeistof, en deze vervorming wordt door het meetmechanisme omgezet in een leesbare meting.

Hoe werken analoge manometers

Er zijn vele technieken ontwikkeld om de druk in een systeem te meten, en van deze technieken zijn aneroïde meters, ook bekend als mechanische meters, de meest gebruikte technologie.

Aneroïde meters meten de druk met behulp van een metalen drukgevoelig element. Dit element neemt verschillende vormen aan, maar het belangrijkste werkingsprincipe blijft hetzelfde: elastisch buigen onder toepassing van een drukverschil. De vervorming van dit element kan dan worden gemeten en omgezet in de rotatie van een wijzer op een analoge schaalverdeling. De drie belangrijkste soorten aneroïde manometers zijn de bourdonbuis, het membraam en het capsule-element. Digitale meters zijn nauwkeuriger dan analoge. Lees ons artikel over digitale manometers om meer te weten te komen over het type in detail.

Buisveermanometer

Een Bourdon manometer, in het Nederlands een buisveer manometer of buismanometer genoemd, is een afgevlakte buis met een gesloten wand en gesloten uiteinde, gevormd in een C-vorm of een spiraal, zoals in figuur 4 te zien is. Wanneer vloeistofdruk wordt uitgeoefend op de binnenkant van deze buis, wordt de ovale dwarsdoorsnede van de buis meer cirkelvormig en dat maakt de buis rechter. De buis krijgt zijn vorm terug als de vloeistofdruk afneemt. De verandering in de vorm van deze buis creëert een bewegingspatroon aan het vrije uiteinde van de buis dat wordt omgezet in een roterende wijzer met koppelingen en tandwielen.

Een bourdonbuis meet de overdruk (ten opzichte van de atmosferische druk). De bourdonbuis is het meest gebruikte manometertype vanwege zijn uitstekende gevoeligheid, lineariteit en nauwkeurigheid. Lees ons artikel over bourdonbuis manometers voor meer details over de werking van het apparaat en de selectiecriteria. Bourdonbuismanometers zijn er in verschillende uitvoeringen en specialiteiten voor diverse toepassingen. Het drukbereik van bourdonbuismeters varieert van 0 - 0,6 bar tot 0 - 1600 bar met een nauwkeurigheidsklasse (verderop in dit artikel besproken) van doorgaans tussen 0,1 en 4,0. Zij zijn gewoonlijk gemaakt van RVS, messing of monel (nikkellegering). De bourdonbuismanometer is de meest gebruikelijke en wordt in vele toepassingen gebruikt voor het meten van gemiddelde tot hoge druk. De chemische, HVAC-, automobiel- en ruimtevaartindustrie gebruiken bourdonbuismeters voor drukmeting.

Membraan manometer

Een membraanmanometer gebruikt het buigen van een flexibel membraan dat twee omgevingen scheidt, zoals te zien is in figuur 5. Eén kant van het membraan kan worden blootgesteld aan de atmosfeer, wanneer de meterdruk gemeten dient te worden. Het membraan kan tevens worden afgesloten tegen een vacuüm, wanneer men absolute druk wil meten. Het membraan is vaak van metaal of keramiek, dat tussen twee flenzen kan worden geklemd of gelast. Naarmate de druk toeneemt, buigt het membraan, dat door het gebruik van tandwielen en koppelingen een roterende wijzer aanstuurt. Lees ons artikel over membraan manometers voor meer details over de werking en de selectiecriteria van het apparaat. Membraanmanometers zijn geschikt voor bijtende gassen, vloeistoffen en hoogviskeuze media. Dit type meetinstrument wordt veel gebruikt in de chemische / petrochemische industrie, energiecentrales, mijnbouw, on- en offshore, en milieutechnologiesectoren. Het meetbereik van dit type meter ligt tussen 0 ... 2,5 mbar en 0 ... 25 bar met een nauwkeurigheidsklasse van doorgaans tussen de 0.6 en 2.5.

Membraan manometers zijn met succes gebruikt door talrijke industrieën voor zowel absolute als differentiële drukmetingstoepassingen. Zij worden gebruikt in toepassingen waar een hoge mate van zuiverheid gewenst is. Het is ook geschikt voor industrieën die te maken hebben met corrosieve vloeistoffen. Industrieën zoals voedingsmiddelen en dranken, farmaceutica, petrochemie en mijnbouw gebruiken membraan manometers.

Capsule-element

Manometers met een capsule-element meten lucht en droge gassen bij lage druk. Deze manometer bestaat uit twee cirkelvormige membranen die langs hun buitenrand met elkaar verbonden zijn, zoals te zien is in figuur 6. Een van de membranen heeft een opening in het midden die media binnenlaat. De uitzetting of inkrimping van de kamer als gevolg van het drukverschil tussen het buitenste en het binnenste medium maakt drukmeting mogelijk. Een balgmanometer werkt op dezelfde manier.

Manometers met een capsule-element worden bijna uitsluitend gebruikt voor nauwkeurige drukmetingen in gasvormige media. Ze komen het meest voor bij pneumatische lagedruksystemen, ontluchtingsventielen, overdrukbewaking, filterbewaking en vacuümpompen. Het bereik dat de meeste van deze meters meten is gewoonlijk van 0,1 - 0,6mbar met een nauwkeurigheidsklasse van meestal tussen 0,1 en 2,5. Manometers met capsule-element worden gebruikt om lage positieve/negatieve druk in gasvormige media te meten. Hoewel manometers met capsule-elementen gewoonlijk zeer weinig onderhoud vergen, kunnen zich onderweg problemen voordoen. Lees ons artikel over het oplossen van problemen met manometers voor meer informatie over het oplossen van deze problemen.

Accessoires

Verschillende accessoires zijn beschikbaar om manometers bijvoorbeeld op een juiste manier te installeren. Veel voorkomende accessories zijn: Veel voorkomende zijn:

• Dichtingen/pakkingen: Deze zorgen voor een goede afdichting.
  • Plat: Een platte afdichting die geen extra ruimte biedt om de manometer zo te draaien dat het display goed leesbaar is.
  • Profiel: Een afdichting met profiel die het mogelijk maakt de manometer nog een halve tot een hele slag te draaien zodat het display goed leesbaar is. Profielafdichtingen kunnen zowel extern als intern gecentreerd zijn.
• Beschermkappen: Een rubberen kap over de manometer voor extra duurzaamheid en schokdemping.
• Reduceer fitting: Als de schroefdraad van de manometer niet overeen komt met de draad waarop deze bevestigd dient te worden, kan een reduceer fitting gebruikt worden. Kan ook nuttig zijn als het type draad verschilt (bijvoorbeeld BSPP versus NPT).
• Push-On koppeling: Door middel van push-on koppelingen kan een slang snel en eenvoudig op de manometer worden gemonteerd of gedemonteerd.
• Snubbers: Een snubber of schokdemper dempt de effecten van drukpieken en -pulsen, waardoor de manometer leesbaar blijft en zijn levensduur wordt verlengd.

Selectiecriteria

Manometers zijn er in verschillende uitvoeringen, die elk specifieke toepassingen en industrieën dienen. Diverse factoren zoals nauwkeurigheid, maat, omgeving, media en werkdrukbereik zijn van invloed op de keuze van deze apparaten. Ook zijn er verschillende toepassingen waarvoor manometers worden gebruikt, zoals zwembadfilter manometers, vacuüm manometers, compressor manometers en water manometers. Lees onze selectietips voor manometers om meer te weten te komen over alle factoren die nodig zijn om een beslissing te nemen over een manometer.

Drukeenheden

Manometers zijn er in verschillende weergave-eenheden. Tabel 1 beschrijft de algemeen gebruikte eenheden in manometers, samen met hun omrekening naar hun equivalent in Pascal.

Tabel 1: Veel gebruikte eenheden in manometers

	Pascal (Pa of N/m2)
1 Bar	= 105
1 bij (kg/cm2 of kgf/cm2 of Technische Atmosfeer)	= 9.80 665 × 104
1 atm (standaardatmosfeer)	= 1.01 325 × 105	= 760 Torr
1 Torr (mmHg of millimeter kwik)	= 1.333 224 × 102
1 cmH2O (cmWc of Centimeter water)	= 98.0665	= 10 mmH2O
1 mmH2O (mmWc of Millimeter water)	= 9.80 665
1 lbf/in2 (Psi)	= 6.8 948 × 103	= 16 ozf/in2
1 oz/in2 (oz/in2)	= 4.30 922 × 102
1 inHg (inch kwik)	= 3.37 685 × 103

Drukbereiken

De Europese norm EN 837 voorziet in gestandaardiseerde procedures, ontwerpeisen, test- en installatiegidsen voor algemeen gebruikte manometers. EN 837-1 en EN 837-3 geven informatie over het ontwerp van wijzerplaten met concentrische schalen. Drukmeters kunnen werken met een breed scala aan bereiken, van waterdrukmeters met lage druk tot hydraulische drukmeters met hoge druk die vaak zijn uitgerust met snubbers. De eenheid van druk die de voorkeur geniet is de bar, en de tabellen 2-6 geven details over de meest gebruikte drukbereiken. De normale werkdruk van de manometer moet beperkt blijven tot 25 - 75% van de schaalverdeling. Indien het proces pulserend verloopt, mag de maximale bedrijfsdruk niet meer bedragen dan 50% van het volledige schaalbereik.

Drukbereiken in bar

Tabel 2: Drukbereiken (in bar)

0 - 0.6	0 -1	0 -1.6	0 - 2.5	0 - 4
0 - 6	0-10	0 -16	0 - 25	0 - 40
0 - 60	0 - 100	0 -160	0 - 250	0 - 400
0 - 600	0 -1000	0 -1600

Drukbereiken in mbar

Tabel 3: Drukbereiken (in mbar)

0 - 1	0 - 1.6	0 - 2.5	0 - 4	0 - 6
0 - 10	0 - 16	0 - 25	0 - 40	0 - 60
0 - 100	0 - 160	0 - 250	0 - 400	0 - 600

Vacuümbereik in bar

Bij vacuüm manometers draait de wijzer linksom naarmate het vacuüm toeneemt.

Table 4: Vacuümbereiken (in bar)

-0.6 - 0

-1 - 0

Vacuümbereiken in mbar

Tabel 5: Vacuümbereiken (in mbar)

-1 - 0	-1.6 - 0	-2.5 - 0	-4 - 0	-6 - 0
-10 - 0	-16 - 0	-25 - 0	-40 - 0	-60 - 0
-100 - 0	-160 - 0	-250 - 0	-400 - 0	-600 - 0

Gecombineerde druk- en vacuümbereiken in bar

Tabel 6: Gecombineerde druk- en vacuümbereiken in bar

-1 - 0.6	-1 - 1.5	-1 - 3	-1 - 5
-1 - 9	-1 - 15	-1 - 24

Nom. maat

De nominale maat (NS) van een meter is de diameter van de meter. De nominale maten van kalibers volgens EN 837 zijn: 40, 50, 63, 80, 100, 160 en 250 mm.

Nauwkeurigheid van de manometer

Nauwkeurigheidsklassen (KL) bepalen de maximale foutmarge die elke manometer mag hebben in termen van het percentage van de maximale schaalaflezing. Zo mag een manometer met een maximale aflezing van 10 bar en nauwkeurigheidsklasse 4 4% ( 0,4 bar) afwijken van de werkelijke druk. Een ander voorbeeld is een meter met een schaalverdeling van 0-100 bar met een nauwkeurigheid van 2%. Dit betekent dat de meter over het hele bereik tot op 2 bar nauwkeurig is. Het installeren van een manometer met een lage nauwkeurigheid kan leiden tot foutieve metingen, en het gebruik van een meter met een te hoge nauwkeurigheid verhoogt de kosten van de aankoop, de kalibratie en het onderhoud van die meter.

Tabel 7: Nauwkeurigheidsklasse van manometers

Nauwkeurigheidsklasse	Grenzen van de toelaatbare fout (percentage van het meetbereik)
0.1	0.1%
0.25	0.25%
0.6	0.6%
1	1%
1.6	1.6%
2.5	2.5%
4	4%

Materialen

Aangezien manometers verschillende elementen gebruiken bij het meten van druk, is het belangrijk om bij het kiezen van de juiste manometer rekening te houden met de chemische compatibiliteit van materialen. Zie de chemische compatibiliteitstabel.

Typen montage en aansluiting

• Standaard schroefdraadverbinding: Dit type meter wordt gewoon in een beschikbare schroefdraad geschroefd. De schroefdraad wordt afgedicht met een compressiedichting voor conische schroefdraad en een o-ring voor parallelle schroefdraad.
• Geïntegreerde manometer: Deze manometer wordt gemonteerd met een binnendraad.
• Flensmanometer: Dit soort montage wordt aangeboden aan degenen die de manometer op een schakelkast willen installeren.

Veiligheid en levensduur

Volgens EN 837-2 moet voor veiligheidsdoeleinden een manometer worden gekozen met een bereik dat niet groter is dan 75% van de maximale schaalwaarde voor constante druk of 65% van de maximale schaalwaarde voor cyclische druk.

Bij het gebruik van gevaarlijke drukmedia zoals zuurstof, acetyleen, brandbare stoffen en giftige stoffen is het noodzakelijk een manometer te kiezen met extra veiligheidsmaatregelen zoals een blow-out functie aan de achterzijde. Deze veiligheidsmaatregelen zorgen ervoor dat eventuele lekken of barsten van onderdelen onder druk niemand aan de voorkant van de weegschaal kunnen verwonden.

De hele behuizing van meters die onderhevig zijn aan voortdurende mechanische trillingen is vaak gevuld met olie of glycerine. Dit zou het geval zijn met manometers die in hogedrukreinigers worden gebruikt.

Bij snel pulserende drukken, zoals meetinstrumenten voor zuigerpompen, wordt gewoonlijk een vernauwing gebruikt om de drukschommelingen te egaliseren en een gemiddelde aflezing te verkrijgen. Dit verhoogt de levensduur van de meter door onnodige slijtage van de tandwielen van de meter achterwege te laten. Slijtage is normaal voor meters na verloop van tijd. Lees ons artikel over onderhoud en probleemoplossing van manometers voor meer informatie.

FAQs

Wat doet een industriële manometer?

Hij meet de druk van een gas of vloeistof in een industriële omgeving. Het apparaat bewaakt en regelt de vloeistofdruk in een groot aantal toepassingen in de automobiel-, luchtvaart-, medische en productie-industrie.

Hoe werken manometers?

Manometers bestaan uit een drukgevoelig element dat verbonden is met een meetmechanisme en een display zoals een wijzerplaat of digitale uitlezing. Het drukgevoelige element vervormt onder de druk van het gas of de vloeistof en deze vervorming wordt door het meetmechanisme omgezet in een leesbare meting.

Wat is een aardgasmanometer?

Een manometer voor aardgas meet de aardgasdruk en kan gebruikt worden bij lekdetectie. Het is meestal gemaakt van messing of RVS.