Vibrationen messen: Auswirkungen auf Manometer und Messgenauigkeit

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Foto von EJ Yao auf Unsplash

 

Die Messung von Vibrationen ist in vielen Industriebereichen entscheidend, insbesondere wenn es um die Präzision von Druckmessgeräten wie Manometern geht. Manometer werden in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, darunter in der Hydraulik, Pneumatik, Chemieindustrie sowie in der Energiewirtschaft. Doch wie beeinflussen Vibrationen die Messgenauigkeit dieser Geräte? Und welche Unterschiede bestehen zwischen analogen Manometern, analogen Manometern mit Flüssigkeitsdämpfung und digitalen Manometern?

 

Warum ist die Vibrationsmessung für Manometer wichtig?

Manometer sind Druckmessgeräte, die in verschiedenen Varianten existieren. Sie müssen präzise Messungen liefern, da falsche Druckwerte zu Betriebsstörungen oder sogar Gefahren in industriellen Anlagen führen können. Vibrationen stellen eine der größten Herausforderungen für die Genauigkeit dieser Geräte dar, da sie:

  • Das Messwerk mechanisch beeinflussen und somit Abweichungen verursachen.
  • Zu Ablesefehlern bei analogen Anzeigen führen können.
  • Die Lebensdauer der Geräte durch Materialermüdung reduzieren.
  • Elektronische Schaltungen in digitalen Manometern stören können.

 

 

Arten von Manometern und ihre Empfindlichkeit gegenüber Vibrationen

Es gibt drei Haupttypen von Manometern, die sich in ihrer Bauweise und Reaktion auf Vibrationen unterscheiden:

  1. Analoge Manometer

Diese klassischen Manometer arbeiten mit einem mechanischen Druckmessprinzip, meist über eine Bourdonfeder. Sie sind besonders anfällig für Vibrationen, da das Messwerk mechanisch beeinflusst wird. Starke Vibrationen können zu ständigen Schwankungen der Zeigerstellung führen, wodurch eine exakte Ablesung erschwert wird.

  1. Analoge Manometer mit Flüssigkeitsdämpfung

Diese Manometer enthalten eine viskose Flüssigkeit (z. B. Glycerin oder Silikonöl), die das Zeigerwerk stabilisiert und so die Auswirkungen von Vibrationen reduziert. Die Flüssigkeit absorbiert einen Großteil der Schwingungen, wodurch sich das Manometer langsamer bewegt und präzisere Ablesungen ermöglicht.

  1. Digitale Manometer

Digitale Manometer verwenden elektronische Sensoren zur Druckmessung. Sie sind weniger anfällig für mechanische Vibrationen, können jedoch durch elektrische Interferenzen beeinflusst werden. Zudem bieten sie oft eine Mittelwertbildung an, die starke Messschwankungen ausgleicht.

Vergleich der Vibrationsanfälligkeit von Manometern

Kriterium

Analoge Manometer

Analoge Manometer mit Flüssigkeitsdämpfung

Digitale Manometer

Empfindlichkeit gegenüber Vibrationen

Sehr hoch

Mittel

Niedrig

Messstabilität

Gering

Hoch

Sehr hoch

Genauigkeit bei Vibrationen

Schwankend

Relativ stabil

Sehr stabil

Langzeitstabilität

Kann durch Vibrationen beeinträchtigt werden

Verbessert durch Flüssigkeitsdämpfung

Sehr hoch

Ablesegenauigkeit

Schwierig bei starken Vibrationen

Gut

Perfekt

Vibrationen können erhebliche Messabweichungen verursachen. Die folgende Tabelle zeigt die durchschnittlichen Abweichungen für die drei Manometertypen bei verschiedenen Frequenzen:

Vibrationsfrequenz (Hz)

Analoge Manometer (%)

Analoge Manometer mit Flüssigkeitsdämpfung (%)

Digitale Manometer (%)

10 Hz

±3,5%

±1,2%

±0,5%

50 Hz

±7,8%

±3,0%

±1,1%

100 Hz

±12,5%

±5,2%

±2,0%

500 Hz

±25,0%

±12,0%

±4,5%

1000 Hz

±40,0%

±20,5%

±7,0%

 

Maßnahmen zur Verbesserung der Messgenauigkeit bei Vibrationen

Um die Messgenauigkeit trotz Vibrationen zu optimieren, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden:

  1. Flüssigkeitsgedämpfte Manometer

Eine bewährte Methode zur Reduzierung von Vibrationsauswirkungen auf analoge Manometer ist die Verwendung von Flüssigkeitsfüllungen. Diese Geräte enthalten eine dämpfende Flüssigkeit wie Glycerin oder Silikonöl, die das Zeigerwerk stabilisiert und unkontrollierte Schwingungen absorbiert.

Vorteile der Flüssigkeitsdämpfung:

  • Reduzierung von Zeigerschwankungen: Die Flüssigkeit dämpft mechanische Vibrationen und ermöglicht eine ruhigere Zeigerbewegung.
  • Verbesserte Ablesbarkeit: Weniger starke Schwankungen führen zu präziseren Druckmessungen.
  • Längere Lebensdauer: Vibrationen führen bei trockenen Manometern zu erhöhtem Verschleiß der Mechanik, während die Dämpfung diese Belastung reduziert.

Nachteile der Flüssigkeitsdämpfung:

  • Temperaturabhängigkeit: Die Viskosität der Flüssigkeit ändert sich mit der Temperatur, was die Dämpfungseigenschaften beeinflussen kann.
  • Einschränkung der Reaktionsgeschwindigkeit: Da die Flüssigkeit den Zeiger verlangsamt, kann es bei schnellen Druckschwankungen zu Verzögerungen kommen.
  1. Elastische Montagesysteme

Mechanische Vibrationsbelastungen können durch spezielle Montagesysteme reduziert werden. Diese Methoden helfen dabei, die direkte Übertragung von Schwingungen auf das Manometer zu minimieren.

Effektive Methoden zur Schwingungsreduktion:

  • Schwingungsdämpfer: Gummipuffer oder Federaufhängungen absorbieren Vibrationen und verhindern, dass sich Schwingungen auf das Messgerät übertragen.
  • Flexible Halterungen: Diese Montagesysteme ermöglichen eine gewisse Bewegung des Manometers, ohne dass Vibrationen die Messgenauigkeit beeinträchtigen.
  • Stoßfeste Gehäuse: Ein spezielles Gehäuse mit zusätzlichen Dämpfungselementen schützt das Manometer vor plötzlichen Erschütterungen und erhöht die Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibrationen.

Anwendungsbereiche elastischer Montagesysteme:

  • Hydrauliksysteme mit starken Druckimpulsen
  • Pneumatische Systeme mit schnellen Druckschwankungen
  • Fertigungsanlagen mit rotierenden Maschinen
  1. Digitale Signalverarbeitung

Moderne digitale Manometer nutzen fortschrittliche Software-Algorithmen, um Vibrationseinflüsse zu minimieren und präzisere Messwerte zu gewährleisten.

Wichtige digitale Filtertechniken:

  • Mittelwertbildung: Durch das Erfassen mehrerer aufeinanderfolgender Messwerte und deren Durchschnittsbildung werden kurzzeitige Messabweichungen reduziert.
  • Tiefpassfilter: Diese mathematischen Filter eliminieren hochfrequente Störungen und lassen nur die für die Messung relevanten Signale durch.
  • Frequenzanalyse: Erkennt systematische Vibrationsmuster und kompensiert diese, um stabile Druckwerte zu gewährleisten.

Vorteile der digitalen Signalverarbeitung:

  • Stabilere Messwerte auch bei starken Vibrationen
  • Höhere Langzeitgenauigkeit im Vergleich zu analogen Manometern
  • Echtzeit-Datenanalyse zur frühzeitigen Fehlererkennung
  1. Fernmesssysteme

Eine besonders effektive Lösung zur Reduzierung der Vibrationsbelastung besteht darin, das Messgerät physisch von der Vibrationsquelle zu entfernen.

Methoden zur Fernmessung:

  • Fernablesung: Drucksensoren erfassen den Messwert und leiten ihn über Kabel oder Funk an eine zentrale Anzeige oder ein SCADA-System weiter. Dadurch bleibt das Manometer vibrationsfrei.
  • Verlängerte Kapillarschläuche: Flüssigkeitsgefüllte Kapillaren ermöglichen es, den Sensor entfernt von der Vibrationsquelle zu platzieren. Dies wird häufig in der Prozessindustrie und Chemietechnik eingesetzt.
  • Funkbasierte Messsysteme: Moderne IoT-fähige Manometer senden die Messwerte drahtlos an ein zentrales Überwachungssystem, wodurch mechanische Vibrationen das Gerät nicht direkt beeinflussen.

Einsatzbereiche von Fernmesssystemen:

  • Anlagen mit starken mechanischen Schwingungen (z. B. Turbinen, Kompressoren)
  • Gefahrenbereiche, in denen eine direkte Messung nicht sicher ist
  • Langzeitüberwachungen, bei denen Echtzeitdaten übermittelt werden müssen

 

Zusammenfassend

Die Messung von Vibrationen und deren Auswirkungen auf Manometer ist ein kritischer Aspekt in vielen Industrien. Während analoge Manometer stark unter Vibrationen leiden, bieten flüssigkeitsgedämpfte und digitale Varianten eine verbesserte Stabilität und Genauigkeit. Durch geeignete Maßnahmen kann die Messqualität weiter optimiert werden, sodass eine zuverlässige Drucküberwachung auch in stark vibrierenden Umgebungen gewährleistet ist.

 

  • Einfacher denn je Betriebsdrücke einstellen und prüfen
  • Einfache Datenübertragung – via USB und Bluetooth®
  • Für den mobilen Einsatz und stationären Dauerbetrieb
  • Genauigkeit bis 0,25 % FS
Datenblatt
Bedienungsanleitung

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.

  • Messbereiche bis 0 ... 10.000 bar (0 ... 150.000 psi), auch Vakuum- und Absolutdruckmessbereiche verfügbar
  • Genauigkeit: bis zu 0,025 % (inkl. Kalibrierzertifikat)
  • Eigensichere Version
  • Loggerfunktion mit bis zu 50 Messwerten pro Sekunde (Druckdatenlogger)
  • Kommunikation mit der Software WIKA-Cal über WIKA-Wireless
Datenblatt
Bedienungsanleitung

.

.

  • Übersichtliches Display mit Messwert, %-Anzeige und Balkengrafik
  • Auswahl aus elf verschiedenen Druckeinheiten
  • Fünfstellige Auflösung für präzise Messungen
  • Integrierte Testfunktion für Druckschalter
  • Funktionen für Minimum, Maximum, Tara und Alarm
  • Serielle RS 232-Schnittstelle für Datenübertragung
  • Kompatibel mit dem IDOS-Sensor (Zubehör erforderlich)
  • Netzwerkfähig: Daisy-Chain-Verbindung von bis zu 99 DPI 104-Geräten
  • Flexibler Einsatz: Gehäuse um 320° um den Druckanschluss drehbar
  • Möglichkeit zur Sperrung des Menüs
  • Trennmembran aus wahlweise Edelstahl 316L oder Inconel für aggressive Medien
  • Verfügbarkeit einer eigensicheren (Intrinsically IS) Variante
  • Viele Sets mit Handpumpen als Zubehör erhältlich
  • Kostenloser Download der SiCalPro-Software
  • 0,05 % vom Endwert (EW) Genauigkeit
Datenblatt
Bedienungsanleitung
Produktkatalog

  • Sicherheitsausführung mit bruchsicherer Trennwand (Solidfront) nach Anforderungen von EN 837-1 und ASME B40.100
  • Höchste Lastwechselbeständigkeit und Schockfestigkeit
  • Mit Gehäusefüllung (Typ 233.30) bei hohen dynamischen Druckbelastungen und Vibrationen
  • EMICOgauge-Ausführung, zur Vermeidung flüchtiger Emissionen
  • Anzeigebereiche von 0 … 0,6 bis 0 … 1.600 bar [0 ... 10 bis 0 ... 20.000 psi]
Datenblatt
Bedienungsanleitung
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Bedienungsanleitung

  • Überdruckbereich kommt auf der Skale voll zur Anzeige
  • Sicherheitsausführung mit bruchsicherer Trennwand (Solidfront) nach Anforderungen von EN 837-1 und ASME B40.100
  • Mit Gehäusefüllung (Typ 233.36) bei hohen dynamischen Druckbelastungen und Vibrationen
  • Messbereiche von 0 … 0,6 bis 0 … 40 bar [0 ... 10 bis 0 ...600 psi]
Datenblatt
Bedienungsanleitung
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