Leitfaden Druckmessung für Prozessanlagen und Rohrleitungen

Das Wichtigste auf einen Blick

Relativdruck, Absolutdruck und Differenzdruck

Relativdruck beschreibt den Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre. Der aktuelle Luftdruck schwankt mit Wetterlage und Höhenlage um rund 50 mbar, und genau dieser Anteil steckt in jeder Relativdruckmessung. Für die Anzeige des Betriebsdrucks an einer Druckluftleitung ist das unerheblich.

Absolutdruck bezieht sich auf das Vakuum. Er ist Pflicht, wenn der Atmosphärendruck Teil der Aufgabe wird: bei der Vakuumdestillation, bei der Dichtebestimmung von Gasen oder in geschlossenen Behältern, deren Gasraumdruck mit der Füllung steigt. Auch barometrische Korrekturen setzen eine Absolutmessung voraus.

Differenzdruck ist die Druckdifferenz zwischen zwei Anschlüssen desselben Geräts. Er trägt die Durchflussmessung über Blenden und Venturi-Rohre, die Überwachung von Filtern und die Füllstandmessung in geschlossenen Behältern. Differenzdrucktransmitter besitzen zwei Kammern und eine gemeinsame Messmembran.

Die Einheit ist in allen drei Fällen dieselbe. Üblich sind bar und mbar, in Datenblättern zusätzlich kPa und MPa. Absolutdruckangaben tragen einen Zusatz hinter der Einheit, etwa bar(a). Eine Angabe ohne Zusatz meint in der Praxis meist Relativdruck, was bei der Bestellung zu Verwechslungen führt.

Die drei Messarten unterscheiden sich auch im Anschluss. Relativdruckgeräte haben einen Prozessanschluss und eine Belüftung zum Gehäuse. Absolutdruckgeräte sind evakuiert und verschlossen. Differenzdruckgeräte besitzen zwei Prozessanschlüsse, oft mit Messleitungen und Entlüftungsventilen.

Ein Beispiel macht den Unterschied greifbar. Ein Behälter steht auf 500 Metern Höhe unter 3 bar Überdruck. Das Relativmanometer zeigt 3 bar. Ein Absolutdrucktransmitter zeigt rund 3,95 bar, weil der örtliche Luftdruck dort nur etwa 0,95 bar beträgt.

Grenzen zeigen sich bei kleinen Relativdrücken. Ein Relativtransmitter mit einem Endwert von 100 mbar misst gegen den schwankenden Luftdruck und driftet mit dem Wetter. Wer im Bereich weniger Millibar arbeitet, wählt eine Absolutmessung und rechnet den Barometeranteil später heraus.

Manometer nach DIN EN 837: Klassen, Nenngrößen, Grenzen

DIN EN 837 ist die Normenfamilie für Zeigermanometer mit federelastischen Messelementen. Teil 1 behandelt Rohrfedermanometer, Teil 3 Plattenfedermanometer. Teil 2 fasst Auswahl- und Einbauempfehlungen zusammen. Wer ein Manometer ausschreibt, nennt Teil, Nenngröße, Genauigkeitsklasse und Werkstoff.

Die Genauigkeitsklassen lauten 0,6, 1,0, 1,6 und 2,5 Prozent vom Skalenendwert. Klasse 1,6 ist der Standard an Pumpen, Filtern und Behältern. Klasse 0,6 und 1,0 finden sich an Prüfständen und an Messstellen mit Abrechnungsnähe. Die Klasse bezieht sich immer auf den Endwert, nicht auf den abgelesenen Wert.

Nenngrößen reichen von 40 bis 250 Millimetern. Gehäuse ab 40 oder 50 Millimetern passen in Schalttafeln. Gehäuse ab 100 Millimetern lassen sich aus einigen Metern Entfernung sicher ablesen.

Der Anzeigebereich folgt einer Faustregel aus DIN EN 837-2. Bei ruhender Belastung soll der Betriebsdruck höchstens 75 Prozent des Skalenendwerts erreichen, bei wechselnder Belastung höchstens 65 Prozent. Das lässt Reserve für Druckspitzen und einen gut ablesbaren Zeigerweg.

Für raue Umgebungen gibt es Manometer mit Flüssigkeitsfüllung. Glyzerin oder Silikonöl dämpft das Zeigerzittern, wie es an Kolbenpumpen und Kompressoren auftritt. In Sauerstoffanwendungen ist eine Füllung auszuschließen, weil sie mit dem Medium reagieren kann.

Gehäuse und Anschlüsse aus CrNi-Stahl sind bei aggressiven Medien und Außenaufstellung sinnvoll. Die Schutzart nach DIN EN 60529, etwa IP65 oder IP66, entscheidet über die Beständigkeit gegen Strahlwasser und Staub. Ein Absperrventil vor dem Manometer erlaubt den Tausch ohne Anlagenstillstand.

Vor der Montage ist der Nullpunkt zu prüfen. Manometer ohne Nullpunktsicherung zeigen nach starker Überlast dauerhaft falsch an. Geräte mit Schleppzeiger oder mit elektrischen Kontakten kommen dort zum Einsatz, wo Grenzwerte überwacht und gemeldet werden müssen.

Drucktransmitter: piezoresistiv, kapazitiv und Dünnfilm-DMS

Transmitter wandeln den Druck in ein elektrisches Signal um und übertragen es zur Steuerung. Verbreitet ist das Zweileitersignal 4 bis 20 mA, häufig mit aufgesetztem HART-Protokoll. Für Feldbusse stehen PROFIBUS PA, PROFINET und Foundation Fieldbus bereit. Der Sensor entscheidet darüber, welche Drücke messbar sind und wie viel Überlast das Gerät verträgt.

Piezoresistive Sensoren nutzen einen Siliziumkörper, in den Widerstände eindiffundiert sind. Der Druck verformt die Siliziummembran, die Widerstände ändern ihren Wert, eine Brückenschaltung liefert ein Spannungssignal. Das Verfahren ist genau und für kleine bis mittlere Drücke wirtschaftlich. Die Überlastfestigkeit liegt typisch beim Drei- bis Vierfachen des Endwerts.

Kapazitive Sensoren messen die Verformung einer Membran über die Änderung der Kapazität zwischen Membran und Gegenelektrode. Sie sind langzeitstabil, wenig temperaturempfindlich und für kleinste Drücke bis in den Millibarbereich geeignet. Keramische Messzellen widerstehen aggressiven Medien besonders gut.

Dünnfilm-DMS bestehen aus metallischen Dehnungsmessstreifen, die auf eine Edelstahlmembran aufgebracht werden. Sie sind robust, temperaturbeständig und für Drücke bis über 1000 bar geeignet. Typische Einsatzfälle sind Hochdruckhydraulik, Prüfstände und Wasserstrahlanlagen. Einseitige Überlast vertragen sie besser als Siliziumzellen.

Endress+Hauser führt Drucktransmitter der Baureihen Cerabar und Deltabar. WIKA deckt mit Baureihen wie A-10 und S-20 ein breites Spektrum ab. Siemens bietet SITRANS P, ABB die Baureihen 266 und 2600T, Emerson die Rosemount-Modelle 2051 und 3051. Alle fünf Anbieter liefern Geräte für Absolut-, Relativ- und Differenzdruck.

Moderne Transmitter liefern Diagnosewerte mit. HART-Geräte melden Sensorfehler, Grenzwertverletzungen und den Zustand der Elektronik an die Leittechnik. Ein Abgleich der Messspanne ist über das Protokoll möglich, ohne das Gerät auszubauen oder den Prozess zu unterbrechen.

Messbereich, Überlastfestigkeit und Genauigkeit auslegen

Jeder Transmitter besitzt einen maximalen Messbereich, den Endwert des Sensors, und darin einen eingestellten Arbeitsbereich. Das Verhältnis beider Werte heißt Turndown. Ein Sensor mit 10 bar Endwert lässt sich auf 0 bis 0,5 bar einstellen, das entspricht Turndown 20 zu 1.

Genauigkeitsangaben sind deshalb genau zu lesen. Bezieht der Hersteller die Referenzgenauigkeit auf den Sensorendwert, wächst der Fehler bezogen auf den eingestellten Bereich mit dem Turndown. Bezieht er sie auf den eingestellten Bereich, bleibt der Wert über den gesamten Turndown konstant.

Rechenbeispiel: Turndown und Messabweichung

Ein Transmitter hat einen Sensorendwert von 10 bar und eine Referenzgenauigkeit von 0,075 Prozent vom Endwert. Das entspricht 0,0075 bar oder 7,5 mbar. Bei einem eingestellten Bereich von 0 bis 1 bar sind das 0,75 Prozent der Spanne. Bei 0 bis 0,1 bar steigt der Fehler auf 7,5 Prozent der Spanne.

Daraus folgt eine einfache Regel. Der Messbereich sollte nur so viel Reserve für Druckspitzen erhalten, wie der Prozess tatsächlich braucht. Ein Sensor mit passendem Endwert liefert die bessere Messqualität als ein überdimensionierter Sensor mit hohem Turndown.

Der Temperatureinfluss gehört ebenfalls zur Auslegung. Ein Transmitter mit 0,1 Prozent Abweichung pro 10 Kelvin liefert bei 80 Grad Celsius Medientemperatur und fehlender Kompensation eine deutliche Abweichung. Fernmessumformer mit Kapillare halten die Elektronik vom heißen Prozess fern.

Die Überlastfestigkeit steht als Vielfaches des Endwerts oder als absoluter Grenzdruck im Datenblatt. Sie ist nicht mit dem Berstdruck zu verwechseln. Bei Differenzdrucktransmittern kommt der statische Druck hinzu, dem beide Kammern gemeinsam ausgesetzt sind. Einseitige Überlast entsteht beim Schließen von Ventilen.

Ein hoher statischer Druck verschiebt den Nullpunkt geringfügig. Diesen Effekt weist das Datenblatt als statischen Druckeinfluss aus. Bei Differenzdruckmessungen an Kolonnen mit 40 bar Betriebsdruck kann er größer sein als die eigentliche Messspanne und gehört deshalb in die Auslegung.

Normen, Zulassungen und Prüfpflichten

DIN EN 837 gilt für Manometer. Die Normenreihe IEC 62828 beschreibt Referenzbedingungen und Prüfverfahren für industrielle Messumformer. Hinzu kommen Anforderungen an die Schutzart nach DIN EN 60529 und an die elektromagnetische Verträglichkeit nach DIN EN 61326. Die Datenblattangaben folgen diesen Prüfungen.

In explosionsgefährdeten Bereichen gilt die Richtlinie 2014/34/EU. Sie legt fest, welche Gerätekategorien in welchen Zonen zulässig sind und welche Kennzeichnung das Typenschild tragen muss.

In der Praxis wird die Zone vor der Geräteauswahl festgelegt. Zone 0 verlangt Kategorie 1G, Zone 1 die Kategorie 1G oder 2G, Zone 2 die Kategorie 1G, 2G oder 3G. Bei brennbaren Stäuben gilt die entsprechende Zuordnung mit dem Buchstaben D. Das Typenschild nennt Kategorie, Gasgruppe und Temperaturklasse.

Für Anlagen in Deutschland kommt die Betriebssicherheitsverordnung hinzu. Anhang 2 der Betriebssicherheitsverordnung regelt Prüfungen vor Inbetriebnahme, wiederkehrende Prüfungen und Prüffristen. Druckmessstellen sind Teil dieser Prüfungen, weil ihre Anzeige in Sicherheitsketten eingeht.

Bei Druckgeräten greift zusätzlich die Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU mit ihrer Einteilung in Kategorien. Messgeräte mit Sicherheitsfunktion fallen unter die funktionale Sicherheit nach IEC 61511, sobald eine SIL-Anforderung besteht. Für Trinkwasser gelten die Regelwerke des DVGW, für Lebensmittel die Vorgaben der EHEDG.

Wird ein Druckmessgerät im geschäftlichen Verkehr verwendet, etwa zur Abrechnung von Druckluft oder Gas, greift das Mess- und Eichgesetz. Das Gesetz regelt das Inverkehrbringen, die Bereitstellung, die Verwendung und die Eichung solcher Messgeräte.

Zum Lieferumfang gehören Werkszeugnisse. Für sicherheitstechnische Messstellen wird häufig ein Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach DIN EN 10204 verlangt, das die Werkstoffcharge belegt. Ein Kalibrierzertifikat belegt zusätzlich die Rückführbarkeit der Druckanzeige.

Prüfergebnisse gehören in ein Messstellenverzeichnis. Kennnummer, Messbereich, Zulassung, Werkstoff und Kalibrierdatum erleichtern Audits und die Nachweisführung gegenüber der Aufsichtsbehörde.

Typische Einbauorte in Chemie, Wasser und Energie

Chemie und Petrochemie

In Chemieanlagen sitzen Druckmessstellen an Reaktoren, Destillationskolonnen, Verdampfern und Dosierstrecken. Bei Vakuumfahrweise wird der Kolonnenkopf mit Absolutdruck gemessen, weil der Relativdruck dort nur wenige Millibar beträgt. Differenzdruck überwacht Filter, Siebe und Füllstände in geschlossenen Behältern.

Werkstoffe richten sich nach dem Medium: CrNiMo-Stahl, Hastelloy, Titan oder PTFE-Auskleidung. Anbieter wie VEGA führen Druck- und Füllstandsmesstechnik für dieselbe Messstelle in einer gemeinsamen Produktübersicht.

In Zone 0 und Zone 1 sind eigensichere Stromkreise oder druckfeste Kapselung Pflicht. Messstellen an Rohrleitungen erhalten ein Absperrventil, eine Entlüftung und bei Dampf ein Kondensatgefäß. Die Entnahmestelle liegt bei Gas oben und bei Flüssigkeit seitlich am Rohr.

Wasser und Abwasser

In Wasserwerken messen Transmitter die Saug- und Druckseite von Pumpen, den Druck im Rohrnetz und den Differenzdruck über Filter. Für Füllstände in offenen Behältern ist die hydrostatische Messung üblich: Der Druck am Behälterboden ist proportional zur Flüssigkeitssäule.

Tauchfähige Messumformer wie der SITRANS LH100 von Siemens werden direkt in den Behälter abgesenkt und liefern ein Füllstandssignal über Kabel oder Kapillare. In Kläranlagen kommen Messstellen an Gebläsen, Rezirkulationsleitungen und Faultürmen hinzu, ausgeführt mit schmutzresistenten Fronten.

Druckstöße beim schnellen Schließen von Ventilen belasten die Sensoren. Ein vorgeschalteter Dämpfer oder eine kurze Messleitung reduziert die Spitzen. Bei Trinkwasser sind Werkstoffe nach den einschlägigen Regelwerken zu wählen.

Energie und Fernwärme

In Kraftwerken und Fernwärmenetzen liegen Druckmessstellen an Kesseln, Dampfleitungen, Speisewassersträngen, Kondensatoren und Druckhalteanlagen. Dampf wird über Kondensatgefäße gemessen, damit die hohe Temperatur nicht am Transmitter ansteht. Bei Turbinen zählen Schmieröldruck und Steueröldruck zu den überwachten Größen.

In Dampfsystemen staut sich Kondensat in der Messleitung. Ein Siphon schützt den Transmitter vor der Temperatur, verlängert aber die Ansprechzeit der Messstelle. Bei Fernwärme kommen Messpunkte an Übergabestationen, Umwälzpumpen und Druckhaltestationen hinzu.

Gasdruckregelanlagen und Verdichterstationen arbeiten mit Messstellen am Ein- und Ausgang. Dort sind Absolutdruckmessungen üblich, weil der Versorgungsdruck unabhängig vom Wetter beurteilt werden soll. Redundante Geber mit Umschaltung sichern die Regelung ab.

Versorgungsunternehmen orientieren sich bei Netzanlagen zusätzlich an den technischen Regeln des VDE FNN, die Fragen des Netzbetriebs und der Anlagentechnik bündeln.

Auswahl einer Druckmessstelle in fünf Schritten

Die Auswahl folgt einem festen Ablauf. Wer ihn einhält, vermeidet die häufigsten Fehler: falscher Messbereich, ungeeigneter Werkstoff und fehlende Zulassung.

Kosten entstehen nicht nur beim Kauf. Eine Messstelle mit hohem Turndown, exotischem Werkstoff und Sonderzulassung verursacht höhere Beschaffungs- und Prüfkosten als eine Standardausführung. Die Anforderungen sollten deshalb aus dem Prozess abgeleitet werden.

Für die Prüfung werden Druckkalibratoren eingesetzt, die einen Referenzdruck erzeugen und das Ausgangssignal aufnehmen. Tragbare und multifunktionale Druckkalibratoren von Beamex decken Messstellen von wenigen Millibar bis in hohe Druckbereiche ab.

Häufige Fragen

Wann ist Absolutdruck die richtige Messart?

Wenn der Atmosphärendruck das Ergebnis beeinflusst: bei Vakuumprozessen, bei der Dichtemessung von Gasen und in geschlossenen Behältern mit veränderlichem Gasraumdruck. Bei Drücken weit über dem Luftdruck genügt in der Regel eine Relativmessung.

Welche Genauigkeitsklasse braucht ein Betriebsmanometer?

Für die reine Anzeige an Pumpen, Filtern und Behältern genügt Klasse 1,6 nach DIN EN 837. Soll die Abweichung genauer beurteilt werden oder dient das Manometer als Referenz, sind Klasse 1,0 oder 0,6 sinnvoll.

Wie oft muss eine Druckmessstelle kalibriert werden?

Ein festes Intervall gibt es nicht. Die Frist ergibt sich aus Herstellerangabe, Beanspruchung, Sicherheitsanforderung und den Prüffristen nach Anhang 2 der Betriebssicherheitsverordnung. Viele Betreiber beginnen mit zwölf bis 24 Monaten und passen danach an.

Was bedeutet Überlastfestigkeit?

Sie gibt an, welchen Druck das Gerät über dem Endwert kurzzeitig aushält, ohne Schaden zu nehmen. Bei piezoresistiven Sensoren liegt sie oft beim Drei- bis Vierfachen des Endwerts, bei Dünnfilm-DMS deutlich höher. Der Berstdruck ist ein anderer, höherer Wert.

Dürfen Druckmessgeräte für Abrechnungen genutzt werden?

Nur mit eichrechtlicher Zulassung. Für Messgeräte im geschäftlichen Verkehr gelten das Mess- und Eichgesetz und die zugehörigen Eichfristen. Betriebsmanometer ohne Eichzulassung dürfen nicht als Grundlage einer Abrechnung dienen.