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Wissenswertes zu Druck- & Temperaturmessung

Druck und Temperatur zählen zu den wichtigsten physikalischen Zustandsgrößen und sind nicht nur in der Hydraulik und dem Heizungs- und Sanitärbereich, sondern auch in der Automatisierungs-, Fertigungs-, und Energietechnik von großer Bedeutung. Welche Geräte zur Druck- und Temperaturmessung es gibt und wie sie funktionieren, erfahren Sie in unserem Ratgeber.

Allgemeines zu Druck und Temperatur

Druck und Temperatur sind zwei physikalische Größen, die in der Thermodynamik eine wichtige Rolle spielen. Als Temperatur bezeichnet man den thermischen Zustand (griechisch thermis „warm“) eines Körpers. Wie kalt oder warm ein Medium ist, hängt von den Atomen oder Molekülen ab, aus denen es sich zusammensetzt. Durch Bewegung der Teilchen entsteht eine kinetische Energie. Je höher sie ausfällt, desto höher ist die Temperatur des jeweiligen Mediums. Ruhen alle Atome oder Moleküle eines Körpers, ist der absolute Nullpunkt erreicht. Er entspricht einem Wert von 0 Kelvin und kann nicht unterschritten werden. Die Temperatur, die auf den absoluten Nullpunkt bezogen ist, bezeichnet man in der Thermodynamik als absolute Temperatur.

Druck ist physikalisch gesehen das Resultat einer Kraft, die senkrecht auf eine Fläche einwirkt. Je kleiner die Fläche oder je größer die Kraft, die auf die Fläche wirkt, desto höher ist der Druck. Druck, der in Flüssigkeiten und in Gasen (zusammenfassend als Fluid bezeichnet) auftritt, kann als hydrostatischer, dynamischer oder Totaldruck erscheinen. Ein hydrostatischer Druck entsteht in ruhenden Flüssigkeiten oder Gasen allein durch die Schwerkraft. Aus diesem Grund wird er auch Schweredruck genannt. Ihm steht der dynamische Druck gegenüber. Er wird bei Bewegung eines Fluids erzeugt, beispielsweise wenn Wasser durch ein Rohr fließt. In der Strömungsmechanik ist der dynamische Druck eine wichtige Größe. Der Totaldruck (auch Gesamtdruck genannt) ist die Summe aus statischem und dynamischem Druck.

Geräte zur Druckmessung

Druckmessgeräte werden allgemein als Manometer bezeichnet. Sie dienen vor allem der Druckmessung in Flüssigkeiten und Gasen und sind von Barometern, die speziell zur Messung des Luftdrucks eingesetzt werden, zu unterscheiden. Druckmessgeräte sind je nach Ausführung in der Lage, den Relativdruck, Absolutdruck oder Differenzdruck zu messen. Als Absolutdruck bezeichnet man den Druck in einem luftleeren Raum, daher messen Absolutdruckmessgeräte immer im Bezug zu einem absoluten Vakuum. Sie sind mit nur einem Druckanschluss ausgestattet. Unter Relativdruck versteht man den Druck im Verhältnis zum atmosphärischen Luftdruck. Das ist der Druck, der durch Luftmassen unter Einwirkung der Erdanziehungskraft auf die Erdoberfläche ausgeübt wird. Relativdruckmessgeräte messen somit stets im Bezug zur umgebenden Luft und haben ebenfalls nur einen Druckanschluss. Differenzdruckmessgeräte hingegen verfügen über zwei Druckanschlüsse, da sie die Differenz zweier Drücke (= Druckdifferenz) messen.

Druckmessgeräte unterscheiden sich nicht nur dahingehend, ob sie einen Relativ-, Absolut- oder Differenzdruck messen, sondern auch im Hinblick auf das jeweils zugrundeliegende Messprinzip. Manche Manometer können den Druck unmittelbar erfassen, andere mittelbar. Zu letzteren gehören Druckmessgeräte mit federelastischem Messglied. Ein Beispiel hierfür ist das Plattenfedermanometer. Das Messglied dieses Geräts besteht aus einer kreisförmigen Membranfeder, die zwischen zwei Flansche eingespannt ist und sich verbiegt, sobald ein Druck auf die Plattenfeder wirkt. Der Grad der Umformung ist das Maß für den zu messenden Druck und wird über ein Zeigerwerk auf eine Skala übertragen. Mithilfe von Plattenfedermanometern können niedrige Drücke von bis zu 16 mbar erfasst werden. Noch niedrigere Drücke lassen sich mit einem Kapselfedermanometer messen. Hierbei handelt es sich um eine Sonderform des Plattenfedermanometers. Das Messglied eines Kapselfedermanometers besteht aus zwei zusammengeschweißten Membranen, die einen geschlossenen Druckraum bilden. Je nachdem, ob ein Über- oder Unterdruck auf den Innenraum der Kapselfeder wirkt, dehnt sich die Membran aus oder zieht sich zusammen. Diese Bewegung wird auf das Zeigerwerk übertragen. Da sich der Druckraum nicht von selbst entleert, sind Kapselfederthermometer nicht für die Druckmessung in flüssigen, sondern nur in gasförmigen Medien geeignet.

 

Neben der mechanischen Druckmessung gibt es die elektronische Druckmessung, bei der Drucksensoren eingesetzt werden. Sie wandeln Druckänderungen in elektrische Signale um und werden daher auch als Druckmessumformer bezeichnet. Drucksensoren basieren auf verschiedenen Messprinzipien und unterscheiden sich dahingehend in ihrer Konstruktion.

Geräte zur Temperaturmessung

Geräte für die technische Temperaturmessung werden als Thermometer bezeichnet. Sie sind in vielen Bauformen erhältlich und beruhen auf verschiedenen Messprinzipien. Es gibt sowohl berührungslos messende Thermometer als auch solche, die Kontakt zum Messobjekt erfordern. Ein Beispiel für Berührungsthermometer sind Bimetallthermometer. Sie bestehen aus zwei miteinander verbundenen Metallstreifen, die sich bei Wärmezufuhr unterschiedlich stark ausdehnen. Das bewirkt eine Krümmung des Bimetalls. Der Grad der Biegung gibt Aufschluss über den Temperaturwert.

Widerstandsthermometer erfordern ebenfalls Kontakt zum Messobjekt. Sie machen sich den Umstand zunutze, dass sich elektrische Widerstände von Leitern in Abhängigkeit von der Temperatur ändern. Solche Widerstände werden auch als Thermistoren bezeichnet, die zu den Temperatursensoren beziehungsweise Temperaturfühlern zählen. Thermistoren sind in sogenannte Heißleiter und Kaltleiter zu unterscheiden. Bei Heißleitern nimmt der elektrische Widerstand bei steigender Temperatur ab. Sie haben einen negativen Temperaturkoeffizienten, woraus sich ihre Alternativbezeichnung NTC-Widerstand (NTC = negative temperature coefficient) ableitet. Demgegenüber stehen Kaltleiter beziehungsweise PTC-Thermistoren, deren Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt. Sie verfügen über einen positiven Temperaturkoeffizienten (PTC = positive temperature coefficient).

Thermistoren sind nicht zu verwechseln mit Thermoelementen, die ebenfalls als Berührungsthermometer verwendet werden können. Thermoelemente bestehen aus zwei Drähten verschiedener Metalle oder Metalllegierungen, die an einem Ende miteinander verbunden sind. Ändert sich die Temperatur an dieser Verbindungsstelle, ändert sich die Potenzialdifferenz der beiden nicht verbundenen Enden. Diese Potenzialdifferenz ist messbar und ermöglicht es, den Temperaturwert abzuleiten.

 

Für die berührungslose Temperaturmessung eignen sich Infrarot-Thermometer beziehungsweise Pyrometer. Sie erfassen die elektromagnetische Strahlung, die jeder Gegenstand emittiert, sobald seine Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt. Da sich die Eigenstrahlung in Abhängigkeit zur Temperatur ändert, lässt sich ein konkreter Temperaturwert ermitteln.

Kaufkriterien für Temperatur- und Druckmessgeräte – worauf kommt es an?

Da es eine Vielzahl an Thermometern und Manometern gibt, ist es wichtig, vorab den konkreten Anwendungsbereich zu definieren. Manometer in Robustausführung sind beispielsweise die richtige Wahl für den Einsatz in anspruchsvollen Umgebungen, können aber auch in anderen Bereichen der elektronischen Messtechnik eingesetzt werden. Schweißtechnikmanometer eignen sich explizit für den Einsatz in der Schweißtechnik. Um dem Anwender größtmöglichen Schutz zu bieten, sind sie mit verschiedenen Sicherheitsfeatures ausgestattet und haben außerdem zahlreiche Prüfungen durchlaufen, damit sie bei Überlastung nicht bersten oder sich entzünden. Zur Überwachung von Grenzwerten sind Kontaktmanometer gut geeignet, die ein Signal geben, wenn ein vordefinierter Messwert über- oder unterschritten wird. Auch bei Thermometern ist der richtige Einsatzzweck entscheidend. Bimetallthermometer werden unter anderem im Maschinen- und Rohrleistungsbau sowie in der Heizungstechnik verwendet, während IR-Thermometer eine gute Wahl sind, um Baumängel wie Kältebrücken zu identifizieren oder Klimaanlagen zu kontrollieren.

Messbereich und Messgenauigkeit sind weitere wichtige Kaufkriterien für Thermometer und Manometer. Für präzise Messaufgaben empfehlen sich Feinmessmanometer, die Messwerte in kleinteiligen Bereichen anzeigen. Hohe Genauigkeit bei der Messung bieten auch Digital-Manometer, sofern sie mit leistungsfähigen Messfühlern ausgestattet sind. Sie verfügen über leicht ablesbare LC-Displays und eignen sich sowohl für stationäre als auch mobile Messungen. Bei Thermometern sind ein auf die Messaufgabe abgestimmter Temperaturbereich und präzise Messergebnisse ebenfalls von Bedeutung. Ist für ein Gerät eine Grund-Genauigkeit von beispielsweise ±1 Prozent angegeben, bedeutet das, dass der gemessene Wert um 1 Prozent vom tatsächlichen Wert abweichen kann. Diesen Faktor sollten Sie im Hinterkopf behalten, wenn Sie sich möglichst exakte Messergebnisse wünschen.

In unserem Onlineshop finden Sie eine große Auswahl an Thermometern und Manometern sowie Zubehör und Ersatzteile für die Druck- und Temperaturmessung, beispielsweise Wandler und digitale Anzeigen zum Aufstecken. Manometerabsperrhähne sind ebenfalls Teil unseres Sortiments.

Unser Praxistipp: Temperaturangleichung

Abrupte Wechsel der Umgebungstemperatur können die Messergebnisse von Thermometern und Manometern verfälschen. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, eine gewisse Angleichzeit zu berücksichtigen, damit sich das Messgerät an die jeweilige Umgebungstemperatur anpassen kann. Gerade bei Langzeitbeobachtungen erweist sich das als vorteilhaft. Viele Druckmessgeräte sind von Hause aus temperaturkompensiert, liefern also immer die tatsächlichen Werte bei sich verändernder Umgebungstemperatur. Fällt der Unterschied allerdings zu drastisch aus (bspw. von -10 °C auf + 20 °C), sollte das Gerät mindestens eine halbe Stunde lang am jeweiligen Messort platziert werden, um sich angleichen zu können.

FAQ – häufig gestellte Fragen zur Druck- und Temperaturmessung

Was ist der Unterschied zwischen Überdruck und Unterdruck?

Relative Drücke können positiv oder negativ sein. Ist der gemessene Druck größer als der Umgebungsdruck, spricht man von Überdruck und gibt dem Wert ein positives Vorzeichen. Ist der Druck kleiner als der Umgebungsdruck, handelt es sich um einen Unterdruck, der mit einem negativen Vorzeichen ausgewiesen wird.

Wozu dient die internationale Temperaturskala?

Um Thermometer in einem einheitlichen Standard kalibrieren zu können, wird die internationale Temperaturskala von 1990 (IST-90) herangezogen. Hier sind spezielle Fixpunkttemperaturen wie Schmelz- und Tripelpunkte von Stoffen in Kelvin und Grad Celsius definiert. Die Skala ist auch Grundlage für die Vergleichbarkeit von Temperaturmessungen.

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