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Manomēter

[239] Manomēter (griech.), Vorrichtungen zur Messung des Druckes (der Spannung), den in einem abgesperrten Raum befindliche flüssige oder luftförmige Körper ausüben. Man unterscheidet Flüssigkeitsmanometer und Feder- oder Metallmanometer. Instrumente, die nur für kleinere Drucke als der Atmosphärendruck bestimmt sind, werden Vakuummeter, solche, die sich zur Messung sowohl von kleinern als auch größern Drucken als der Atmosphärendruck (Unterdruck, bez. Überdruck) eignen, Vakuummanometer oder Manovakuummeter genannt.

Die offenen Flüssigkeitsmanometer bestehen aus einem geschlossenen, zum Teil mit einer Meßflüssigkeit gefüllten Gefäß, in das ein oben und unten offenes senkrechtes Glasrohr (Standrohr) bis nahe zum Boden geführt ist (Gefäßmanometer), oder aus einem U-förmig gekrümmten, mit den Enden nach oben gerichteten, zur Hälfte mit der Meßflüssigkeit an gefüllten Glasrohr (Hebermanometer). Das Standrohr, bez. der eine Schenkel des Heberohres steht oben mit der äußern Luft in Verbindung. Wenn nun in dem Gefäß, bez. dem andern Schenkel des Heberohres der zu messende Druck auf die Meßflüssigkeit einwirkt, dann werden sich deren Oberflächen in bestimmten Höhen einstellen. Die Niveaudifferenz im Gefäß und im Standrohr, bez. in den beiden Heberschenkeln stellt die Höhe derjenigen Flüssigkeitssäule dar, deren Gewicht von dem ausgeübten, zu messenden Drucke das Gleichgewicht gehalten wird. Als Meßflüssigkeit verwendet man bei größern Spannungen Quecksilber (Quecksilbermanometer), bei geringen Spannungen Wasser (Wassermanometer).

Fig. 1. Quecksilbermanometer.

Ein Quecksilbermanometer gebräuchlicher Konstruktion zeigt Fig. 1. Das Steigrohr a aus Glas ist unten mit dem geschlossenen Gefäß b verbunden, an dem oben bei c eine Rohrverbindung angeschlossen wird nach dem Raum, in dem der Druck gemessen werden soll. Hinter dem Steigrohr ist die Skala d angebracht, an der man den Stand der Quecksilbersäule abliest. Kommt[239] anstatt des durchsichtigen, gläsernen Steigrohres ein solches aus Eisen zur Verwendung, dann wird der Quecksilberstand durch einen Zeiger angezeigt, der durch eine über eine Rolle geführte Schnur mit einem auf der Quecksilberoberfläche ruhenden Schwimmer verbunden ist. Im allgemeinen werden Flüssigkeitsmanometer gegenwärtig verhältnismäßig wenig verwendet, vor allem gar nicht mehr bei Dampfkesseln, doch findet man sie noch immer da, wo die Spannungen mäßig sind, oder wo es dabei auf möglichst genaue Messung ankommt. Quecksilbermanometer dienen auch zur Prüfung der Federmanometer. Am Eiffelturm in Paris ist ein Normalquecksilbermanometer angebracht, das die Messung von Drucken bis nahezu 400 Atmosphären gestattet. Ferner werden Quecksilbermanometer häufig zum Messen der Spannung der Gebläseluft gebraucht (Windmesser), während Wassermanometer zur Ermittelung des Druckes in Schornsteinen, Schächten u. dgl. dienen, in denen der Druck nur wenig vom äußern Luftdruck abweicht (Zugmesser).

Fig. 2. Plattenfedermanometer.

Um bei letztern ein recht genaues Ablesen winziger Spannungsdifferenzen zu ermöglichen, legt man das Rohr, an dem abgelesen wird, schräg. Zu gleichem Zweck wird bei dem Multiplikatormanometer von Schinz die Bewegung der Oberfläche der Meßflüssigkeit durch einen Schwimmer mittels Fadens und Rolle auf einen Zeiger übertragen und so im vergrößerten Maßstab angezeigt. Die Differentialmanometer dienen gleichfalls zur Ermittelung sehr geringer Spannungsunterschiede und bestehen aus einem 11-förmigen Rohr mit Erweiterungen an den Schenkelenden. Die Füllung besteht aus zwei verschiedenen, miteinander nicht mischbaren Flüssigkeiten (z. B. Öl und wässerigem Weingeist), und zwar derart, daß die Trennungsfläche beider Flüssigkeiten innerhalb des engen Rohrteils sich befindet. Eine geringe Bewegung der Flüssigkeitsoberflächen in den Erweiterungen macht sich in stark vergrößertem Maßstab an der Verschiebung der Trennungsfläche bemerkbar. Bei Königs Differentialmanometer ist das Heberrohr durch zwei ineinander steckende Rohre ersetzt. Schon bei mäßigen Drucken werden die offenen Flüssigkeitsmanometer, auch bei Quellsilberfüllung, sehr lang, und die Skala deshalb für die Ablesung unbequem. Letztern Übelstand vermeiden die M. mit verkürzter Skala, die auf der Verwendung eines Heberrohres mit ungleich weiten Schenkeln beruhen. Die geschlossenen Flüssigkeitsmanometer, bei denen die Flüssigkeit unter dem zu messenden Druck in ein oben geschlossenes, zum Teil mit Luft gefülltes Rohr hineingetrieben und der Druck nach dem Grade der Zusammenpressung dieser Luft gemessen wird (Kompressionsmanometer, Mariottesche Röhre), sind vollkommen veraltet.

Die Federmanometer (Metallmanometer, Androidmanometer) beruhen auf der Formveränderung von elastischen Platten oder Röhren bei wechselnder Spannung. Sie sind zunächst hervorgegangen aus dem Bedürfnis, zum Messen der wachsenden Spannungen, wie sie in der Technik, besonders bei Dampfkesseln, Verwendung fanden, ein handliches, auch an nicht feststehenden Maschinen oder Apparaten, z. B. Lokomotiven und Schiffen, sicher funktionierendes Instrument zu erhalten, werden jedoch seit langem auch zum Messen geringer Spannungen und als Vakuummeter benutzt. Bei dem Plattenfedermanometer von Schäffer u. Budenberg, Fig. 2, ist eine im Grundriß kreisförmige, wellenförmig gebogene Stahlplatte a (von Schäffer dem von Vidi 1844 erfundenen Aneroidbarometer entlehnt, 1849), zwischen den Flanschen eines Gehäuses befestigt.

Fig. 3. Röhrenfedermanometer.

Gegen die auf ihrer untern Seite versilberte Platte wirkt das Gas, dessen Druck gemessen werden soll, und baucht sie mehr oder weniger aus. Die hierbei erzeugte Bewegung der Plattenmitte wird durch eine Stange b mittels eines kurzen Armes auf einen Zahnbogen c übertragen, der in ein kleines Zahnrad eingreift. Auf der Achse des letztern sitzt ein Zeiger d, der die Plattenausbauchung in stark vergrößertem Maß an einer Kreisteilung ablesen läßt. Die Röhrenfedermanometer von Bourdon beruhen darauf, daß ein gekrümmtes Rohr von ovalem Querschnitt aus Metallegierung oder Stahl (1845 von Schinz zu barometrischen Zwecken erfunden, 1849 von Bourdon für M. benutzt) sich streckt, wenn der Druck im Innern stärker ist als von außen, dagegen sich stärker krümmt, wenn der Außendruck überwiegt. In Fig. 3 ist a das kreisförmig gebogene Rohr, durch dessen offenes, bei b befestigtes Ende das Gas oder die Flüssigkeit etc. eintritt, deren Druck gemessen werden soll. Das geschlossene, freie Ende c des Rohres ist durch die Stange d mit einem Zeigerwerk, wie bei Fig. 2, verbunden. Röhrenfedern aus Metall (Messing, Rotguß oder Neusilber) können infolge von Wärmeeinflüssen, anhaltendem Gebrauch, Stößen, Oxydation etc. an Federkraft einbüßen und zeigen dann nicht mehr richtig an. Dreyer, Rosenkranz und Droop ordnen konzentrisch mit der Röhrenfeder einen gehärteten Stahldraht an, dessen Enden mit den Enden der Röhrenfeder verbunden sind. M. dieser Konstruktion sind nach Versuchen nur mit geringen Fehlern in der Anzeige behaftet. Bei den Doppelmanometern von Schäffer u. Budenberg sind in einem gemeinschaftlichen Gehäuse zwei Röhrenfedern[240] konzentrisch oder übereinander angeordnet, die auf getrennte Zeiger einwirken. Weichen beide Zeiger in ihrer Stellung nicht (wesentlich) voneinander ab, dann darf man wohl annehmen, daß die Druckanzeige richtig ist, denn es ist nicht wahrscheinlich, daß bei beiden Federn derselbe Fehler gleichzeitig vorliegt. Federmanometer (insbes. deren Federn) sollen Wärmeeinflüssen möglichst entzogen (höchstens handwarm) werden. Die Verbindung der M. mit Dampfkesseln oder sonstigen Dampfräumen soll deshalb stets mittels eines genügend weiten Rohres, das zu einem Wassersack gebogen ist, geschehen. Das sich im Wassersack sammelnde Kondenswasser hindert den Zutritt des Dampfes zu der Feder und damit eine zu große Erwärmung der letztern. Zu gleichem Zweck ist bei manchen Manometern die Röhrenfeder mit Glyzerin gefüllt. Um den größten oder kleinsten Druck, den ein M. angezeigt hat, zu markieren, sind die M. häufig mit einem sogen. Maximum-, bez. Minimumzeiger ausgestattet, der von dem nach dem jeweiligen Druck sich einstellenden Zeiger nur nach einer Richtung verschoben wird. Zur dauernden Kontrolle von Dampfkesseln, hydraulischen Pressen etc. werden Registriermanometer angewendet, bei denen der Zeiger mit einem Schreibstift versehen ist, der auf einer mit Papier bespannten, von einem Uhrwerk langsam umgedrehten Walze eine Linie verzeichnet, aus deren Steigungen und Senkungen nach Maßgabe einer Teilung die Spannungen zu den verschiedenen Tageszeiten nachträglich ermittelt werden können. Federmanometer mit Röhrenfeder von besonders sorgfältiger Ausführung sind ihrer bequemen Benutzbarkeit wegen auch als Kontrollmanometer sehr viel, besonders im Dampfkessel betrieb, gebräuchlich. Die Einteilung der Skala der Flüssigkeits- und Federmanometer erfolgt gewöhnlich in Atmosphären (Kilogramm auf 1 q cm), mitunter auch für geringe Drucke in cm-Quecksilbersäule. Dieselben Skaleneinteilungen sind für Vakuummeter üblich. Bei Wassermanometern ist die Skala in cm- oder mm-Wassersäule eingeteilt.