MKL1888:Manomēter

Manomēter (griech., Dasymeter, Dampfmesser), Apparat zur Messung des Druckes, welchen in einem abgesperrten Raum befindliche Gase ausüben. Übergießt man in einer Flasche kohlensauren Kalk mit Salzsäure und versieht die Flasche mit einem doppelt durchbohrten Kork und zwei Glasröhren, von denen die eine bis auf den Boden der Flasche, die andre aber nur bis unter den Kork reicht, so wird durch letztere das sich entwickelnde Gas frei entweichen; sobald man dies aber verhindert, wird die Flüssigkeit in der ersten Röhre steigen und zwar um so höher, je stärker der Druck ist, welchen das in der Flasche befindliche Gas auf die Flüssigkeit ausübt. Dies gerade Rohr (Sicherheitsröhre) ist das einfachste M. Nun kann man aber auch das Rohr unter dem Kork abschneiden und es mit einem zweiten ganz ebenso konstruierten Gefäß, in welchem sich Wasser oder Spiritus oder Quecksilber befindet, in Verbindung setzen. Alsdann wird das in der ersten Flasche sich entwickelnde Gas mit gleichem Druck auch auf die Flüssigkeit im zweiten Gefäß wirken und diese in dem geraden Rohr in die Höhe treiben, was auch dann geschehen wird, wenn sich im ersten Gefäß kein Gas, sondern Dampf entwickelt, wenn also das erste Gefäß z. B. ein Dampfkessel ist. Wasser wird durch den Druck einer Atmosphäre bekanntlich 10 m, Quecksilber aber nur 760 mm hoch gehoben, und man wendet daher, wo man es mit starken Pressungen zu thun hat, Quecksilber an, damit man das Manometerrohr nicht zu lang zu machen braucht. Um den Druck in Gasleitungen, Gebläsen u. dgl. zu messen, genügt ein Wassermanometer (Windmesser). Ein großes Gefäßmanometer, wie es für Dampfkessel mit geringem Druck gebraucht wurde, besteht aus einem eisernen kastenförmigen Gefäß, durch dessen luftdicht schließenden Deckel zwei eiserne Röhren gehen. Die eine Röhre ist gerade, etwa 4 m hoch und reicht bis auf den Boden des Gefäßes, die andre mündet im Deckel und kommuniziert mit dem Dampfkessel. Das Gefäß ist mit Quecksilber gefüllt, welches durch den Dampfdruck im Manometerrohr steigt. In letzterm befindet sich ein eiserner Schwimmer, der an einer seidenen Schnur befestigt ist, welche an der obern Mündung des Rohrs über eine Rolle geht. Das herabhängende Ende der Schnur trägt einen Zeiger, welcher also, den Schwankungen des Quecksilbers entsprechend, an einer senkrechten Skala auf- und niedersteigt. Läßt man auf den einen Schenkel eines U-förmig gebogenen Rohrs den Dampfdruck wirken, so treibt dieser in dem Rohr befindliches Quecksilber im andern Schenkel in die Höhe. Ein Schwimmer und Zeiger gibt auch hier den Stand des Quecksilbers an (Hebermanometer). Verbietet der Raum, ein einfaches langes Manometerrohr anzubringen, so kann man ein Rohr viermal hin- und herbiegen, so daß etwa vier U gebildet werden, welche in gleicher Lage nebeneinander liegen und unter sich kommunizieren. Man füllt dann die untere Hälfte der Röhre mit Quecksilber, die obere aber mit Wasser und läßt nur im letzten, aufwärts gebogenen Schenkel die Luft direkt auf das Quecksilber wirken. Das andre Ende des Apparats steht mit dem Dampfkessel in Verbindung, und es wird daher das Quecksilber im ersten, dritten, fünften und siebenten Schenkel niedergedrückt, im zweiten, vierten, sechsten und achten aber steigen. Der achte Schenkel ist von Glas und mit einer Skala zum Ablesen des Quecksilberstandes versehen.

Bei allen bisher geschilderten Manometern ist die atmosphärische Luft mit dem Quecksilber in Berührung; man hat aber auch geschlossene M., bei welchen das Quecksilber in eine oben geschlossene Röhre hineingetrieben und der Druck mithin durch die Zusammenpressung der über dem Quecksilber befindlichen Luft gemessen wird (Kompressionsmanometer, Mariottesche Röhre). Nach dem Mariotteschen Gesetz entspricht eine Zusammenpressung der Luft auf 1/2, 1/4, 1/8 ihres ursprünglichen Volumens einem Druck von 2, 4, 8 Atmosphären. Ist das Rohr eines solchen Manometers cylindrisch, so werden natürlich die Abteilungen der Skala, welche gleichen Druckdifferenzen entsprechen, nach obenhin sehr rasch abnehmen. Dies vermeidet das hyperbolische M. von Delaveye, welches sich nach dem Ende zu immer mehr zusammenzieht und in eine Kugel ausläuft, so daß gleiche Veränderungen in der Dampfspannung auch durch gleiche Veränderungen im Quecksilberstand angezeigt werden. Das Multiplikatormanometer von Schinz zur Messung des Zugs besteht aus einem Blechkasten, in welchen sich eine Dille von oben nach unten senkt, die am Boden dem im Kasten enthaltenen Wasser den Durchgang gestattet. Auf dem Wasser in der Dille befindet sich ein Schwimmer, von welchem aus ein Seidenfaden über eine Rolle geht, an dessen anderm Ende ein Gegengewicht befestigt ist. Die Rolle selbst wird die Bewegung des Schwimmers und seines Gegengewichts mitmachen und ebenso ein Zeiger, welcher auf der die Rolle tragenden Achse befestigt ist. Das Ende des Zeigers bewegt sich auf einem Gradbogen. Große Verbreitung haben in der neuern Zeit die Metallmanometer gefunden. Bei dem M. von Schäffer u. Budenberg ist eine im Grundriß kreisförmige, wellenförmig gebogene Stahlscheibe zwischen den Flantschen eines Gehäuses befestigt. Gegen die auf ihrer untern Seite versilberte Platte wirkt das Gas, dessen Druck gemessen werden soll, und verursacht eine Formveränderung der Platte, eine Bewegung derselben, die durch geeignete Mechanismen auf einen Zeiger übertragen wird. Läßt man in eine an ihrem Ende hermetisch verschlossene, kreisförmig gebogene Röhre von dünnem Metallblech und elliptischem Querschnitt ein Gas eintreten, dessen Spannung geringer ist als die der atmosphärischen Luft, so wird sich die Röhre mehr zusammenziehen, während sie sich streckt, wenn man das in ihr enthaltene Gas komprimiert. Hierauf beruht Bourdons Metallmanometer, bei welchem die empfindliche Röhre in ihrer Mitte (wo der Dampf eintritt) festgehalten wird, während beide Enden frei und durch Zugärmchen mit einem doppelarmigen Hebel in Verbindung gebracht sind. Dieser Hebel ist mit einem Zahnbogen ausgerüstet, der in ein Getriebe faßt, an dessen Achse der Zeiger befestigt ist. Ist die empfindliche Röhre luftleer gemacht, so gehorcht sie dem Druck der Atmosphäre und zeigt die Veränderungen desselben an (Aneroidbarometer). Die Metallmanometer leiden an dem gemeinsamen Übel aller Federn, daß sie mit der Zeit mehr oder weniger unrichtig werden, ganz abgesehen davon, daß die meisten überdies Thermometer bilden, die eigentlich vor dem jedesmaligen Gebrauch auf 0 eingestellt, überhaupt justiert werden müßten. Indessen gestaltet sich die Sache nicht so schlimm, wenn man nur die Federmanometer mit möglichster Sorgfalt herstellt und mit einem sogen. Flantsch- oder Dreiwegehahn versieht, um Kontrollmanometer ohne weiteres leicht anbringen zu können. Unter allen Umständen bleibt dann ein gutes Federmanometer ein übersichtliches, für die gewöhnlichen Zwecke der Anwendung völlig brauchbares Instrument.

Manometer. Um ein Lärmzeichen zu geben, wenn der Dampfdruck in einem Kessel eine gewisse Höhe erreicht, bringt Julian in Basingstoke in dem Zifferblatt des den Dampfdruck angebenden Metallmanometers einen bogenförmigen, mit dem Teilkreis des Manometers konzentrischen Schlitz an, in welchem sich eine mit dem Pole einer elektrischen Batterie zu verbindende Kontaktschraube an der Stelle feststellen läßt, bis zu welcher der mit dem andern Batteriepol zu verbindende, den Druck angebende Zeiger des Manometers sich höchstens bewegen soll. Berührt der Zeiger die Kontaktschraube, so wird der Strom geschlossen und ein Läutewerk in Bewegung gesetzt. Dieses Lärmmanometer ist schon mehrfach auf Schiffen verwendet worden, wo dann die Klingel in der Kajütte des Kapitäns, Ingenieurs etc. angebracht ist, so daß diese stets von einer etwa eintretenden übermäßigen Dampfdrucksteigerung im Kessel sofort benachrichtigt werden. Übrigens kann statt der Lärmklingel auch eine Lärmpfeife Verwendung finden.

Zur Messung von geringen Druckdifferenzen, wie sie bei Feuerungsanlagen, in Gas-, Schwefelsäurefabriken etc. vorkommen, bedient man sich mit Vorteil der Differentialmanometer. Solche sind mit verschiedenen Füllungen von Kretz, Seger und Arou und von Jörgensen angegeben. Ihr Differentialmanometer stellt eine U-förmige Röhre a (Fig. 1) vor, deren senkrecht stehende Schenkel an ihren obern Enden Erweiterungen b tragen. Die Schenkel sind mit zwei verschiedenen, miteinander nicht mischbaren Flüssigkeiten (z. B. Öl und wässerigem Weingeist) derart gefüllt, daß die Berührungsstelle c der Flüssigkeiten in den engen Teil des einen Schenkels fällt. Es sei nun angenommen, daß beide Flüssigkeiten ein spez. Gew. = 1 haben und die Schenkel in den obern Teilen, in welchen die Oberflächen der Flüssigkeiten sich befinden, 20mal so großen Querschnitt als in ihrem untern Teil haben. Lastet nun auf der Flüssigkeit in dem einen Schenkel ein Druck, welcher um 1 mm Wassersäule höher ist als der im andern Schenkel herrschende Druck, so wird die Flüssigkeit in ersterm sinken, in letzterm steigen, bis Gleichgewicht hergestellt ist, was eintritt, wenn die Differenz der Flüssigkeitshöhen 1 mm beträgt, also, vollkommen kongruente Schenkel vorausgesetzt, wenn die erste Oberfläche 0,5 mm gesunken, die andre 0,5 mm gestiegen ist. Bei dieser Bewegung legen die Flüssigkeitsteilchen

Fig. 1. Differential­manometer mit einer Trennungs­fläche.

in den untern engen Teilen einen 20mal so großen Weg (in senkrechter Richtung) zurück als in den obern Teilen von 20fachem Querschnitt, also 20 × 0,5 = 10 mm. An dieser Bewegung nimmt auch die sichtbare Berührungsstelle c der beiden Flüssigkeiten teil, sie schreitet also um 10 mm vor und bringt so die vorhandene Druckdifferenz in zehnfach vergrößertem Maßstab zur Anschauung. Die Anwendung zweier Flüssigkeiten von genau gleichem spezifischen Gewicht empfiehlt sich indessen nicht, weil dann an der Berührungsstelle leicht Teile der einen Flüssigkeit in der andern schwimmen und eine genaue Ablesung verhindern. Diesem Übelstand wird dadurch abgeholfen, daß man die eine Flüssigkeit ein wenig schwerer als die andre wählt. Dann wird allerdings die Vervielfältigung der Druckhöhendifferenz des Ausschlags durch das Instrument verringert. König, der sich mit der Verbesserung der Differentialmanometer beschäftigt hat, findet durch Rechnung und Versuche, daß, während die Vervielfältigung der Druckhöhe bei Verwendung gleichschwerer Flüssigkeiten genau proportional dem Querschnittsverhältnis ist, sie bei Verwendung ungleich schwerer Flüssigkeiten nur ein ganz bestimmtes Maß, und auch dies nur dann erreichen kann, wenn der größere Rohrquerschnitt unendlich groß wird. So ist es z. B. mit zwei Flüssigkeiten vom spezifischen Gewicht 0,9 und 0,8 nicht mehr möglich, eine zwölffache Vergrößerung des Ausschlags zu erzielen, die äußerste Grenze ist vielmehr 10, und selbst diese ist praktisch nicht erreichbar, weil man die weiten Rohrteile nicht unendlich weit machen kann. Übrigens ist die Grenze des Ausschlags nicht von den spezifischen Gewichten der einzelnen Flüssigkeiten, sondern nur von deren Differenz abhängig. Zur Erzielung eines einigermaßen erheblichen Ausschlags, selbst bei geringer Differenz der spezifischen Gewichte der beiden Flüssigkeiten, ist ein ziemlich großes Verhältnis der Rohrquerschnitte erforderlich. Sind z. B. die spez. Gew. = 0,9 und 0,86, also die Differenz nur 0,04, so muß für einen zehnfach vergrößerten Ausschlag der Querschnitt der weitern Rohrteile beinahe 30mal so groß werden wie der der engern, bei einer Differenz der spez. Gew. von 0,07 aber gar ziemlich 60mal so groß. Der Gedanke lag daher nahe, den Maßstab für die Ablesung dadurch zu vergrößern, daß man nicht nur die Steigung der Flüssigkeiten im einen, sondern auch die Senkung der Flüssigkeit im andern Schenkel zur Anschauung brächte. Das ist dadurch zu erreichen, daß man zunächst von der schwerern Flüssigkeit in die untern kommunizierenden Röhrenteile so viel einfüllt, daß sie beiderseits bis zur halben Höhe des engen Teils der beiden Schenkel heranreicht.

Fig. 2. Differential­manometer mit zwei Trennungs­flächen.

Der übrige Teil der Röhren bis etwa zur halben Höhe der weitern Rohrstücke wird mit der leichtern Flüssigkeit angefüllt (Fig. 2). Bei einem derartig gefüllten Instrument liest man auf der Skala die Summe der Ausschläge der beiden Trennungsflächen c und c1 ab, welche bei Anwendung von Flüssigkeiten von gleichem spezifischen Gewicht gleich dem doppelten Ausschlag jeder einzelnen Trennungsfläche sein würde, so daß hierdurch der Ablesungsmaßstab verdoppelt werden würde. Besitzen die beiden Flüssigkeiten jedoch ein verschiedenes spezifisches Gewicht, wie es auch hier zu Erreichung bestimmt erkennbarer Trennungsflächen erforderlich ist, so fällt die Vergrößerung des Ablesungsmaßstabes bedeutend geringer aus.

Bei den Differentialmanometern mit U-förmigem Rohr wird es unangenehm empfunden, daß die geringste Neigung des Instruments eine Verschiebung der Gleichgewichtslage, bez. der Lage des Nullpunktes mit sich bringt. Besonders störend ist dieser Umstand, wenn man behufs Ausführung von Messungen mit dem

Fig. 3. Königs Dif­ferential­mano­meter.

Instrument von einem Punkte zum andern geht und nicht überall einen geeigneten festen Standort für das M. zur Hand hat. A. König konstruierte ein Differentialmanometer, welches diesen Übelstand nicht hat (Fig. 3). Die zwei erforderlichen Glasrohre liegen nicht nebeneinander, sondern ineinander. Das äußere (a) ist unten geschlossen, das innere (b) unten offen, so daß unten Flüssigkeit aus der einen Röhre in die andre übertreten kann. Die Röhren sind oben weit, in einem längern mittlern Teil eng und erweitern sich im untersten Teil wieder etwas. Das innere Rohr ist identisch mit dem einen Rohrschenkel der vorbeschriebenen M., der Zwischenraum zwischen dem innern und äußern Rohr mit dem andern Schenkel. Füllt man diesen Apparat in der Weise, daß über der schwerern Flüssigkeit in beiden Räumen eine Säule der leichtern Flüssigkeit steht, so hat man ein Differentialmanometer, dessen kommunizierende Gefäße konzentrisch angeordnet sind, deren Mittellinien mithin in eine Linie zusammenfallen. Infolgedessen kann der Apparat unbeschadet der Genauigkeit der Ablesung einige Schwankungen vertragen und daher bei den Messungen frei in der Hand gehalten werden.