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-fömiges 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.

${\Delta p=p_{2}-p_{1}=\rho _{SF}\cdot g\cdot h}$

$h={\frac {p_{2}-p_{1}}{\rho _{SF}\cdot g}}={\frac {\Delta p}{\rho _{SF}\cdot g}}$

$\rho _{SF}$ ist hierbei die Dichte der Sperrflüssigkeit, g die Erdbeschleunigung und h die Höhe um die das Manometer ausgelenkt wird. $p_{2}$ und $p_{1}$ sind die Drücke an den beiden Enden des Manometers. Sind diese gleich ist die Auslenkung h logischerweise gleich null, 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 gennannter 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:

Wie der Name schon sagt haben U-Rohr-Manometer eine U-förmige Gestalt. Dies ist aber für die mathematische Berechnung (wie die Formeln zeigen) irrelevant. Demnach reicht auch eine simple Verbindung der beiden Seiten gleich welcher Form. Zu beachten ist auch das Volumenverhältnis der beiden Seiten. Wenn beispielsweise das eine Rohr einen Doppelt so großen Durchmesser hat wie das andere verhalten sich die Höhen im Verhältnis 4:1. (4 cm Auslenkung im schmalen Rohr ergeben 1 cm Auslenkung im breiten Rohr). Die Skalierung des Manometers ist also von der Form (dem Querschnitt) und der Dichte 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, da sie einen Ausgangsdruck nahe dem des absoluten Vakuums haben. (Ein absolutes Vakuum kann nicht erzeugt werden; selbst im Weltall sind noch Restteilchen pro $m^{3}$ zu finden.)

U-Rohr-Manometer, die mit einer Gasblase gefüllt sind, werden zur Bestimmung von einem Systemdruck 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, verdoppelt sich der Druck auf zwei bar. Wenn jetzt das Volumen von dem halben Liter auf einen viertel Liter halbiert wird, verdoppelt sich der Druck also wieder (Boyle-Mariottsches Gesetz):

$p_{1}\cdot V_{1}=p_{2}\cdot V_{2}$

   1l Volumen -> 1bar Druck
 0,5l Volumen -> 2bar Druck
0,25l Volumen -> 4bar Druck

Siehe auch

U-Rohr-Manometer bei der Venturi-Düse