Druck & Luftdruck

Absolutdruck
Ein Druck, der auf den Bezugsdruck "0" (Vakuum) bezogen ist, wird als absoluter Druck oder Absolutdruck bezeichnet. Zur Unterscheidung von anderen Druckarten wird er mit dem Index abs gekennzeichnet (p_abs).

Atmosphärischer Luftdruck
Der für die Messung von Umgebungsbedingungen auf der Erde wichtigste Druck ist der atmosphärische Luftdruck pamb. Er entsteht durch das Gewicht der Lufthülle, die die Erde bis zu einer Höhe von etwa 500 km umgibt. Bis zu dieser Höhe, in der der absolute Druck p_abs = 0 herrscht, nimmt der atmosphärische Luftdruck ständig ab. In Meereshöhe beträgt der Luftdruck p_amb im Mittel 1.013,25 hPa. Der auf Meereshöhe bezogene Luftdruck ist der effektive Luftdruck am Messort, umgerechnet auf Meereshöhe. Die Umrechnung erfolgt durch die Addition einer Druckdifferenz, die durch das Gewicht der Luftsäule zwischen dem Messort und der Meereshöhe entsteht. Dadurch wird erreicht, dass Luftdrücke unabhängig von der Meereshöhe miteinander verglichen werden können. Bei den so genannten Hoch- oder Tiefdrucklagen unseres Wetters schwankt der Luftdruck um ca. ±5 %. Setzt man eine in den verschiedenen Abständen von der Erdoberfläche gleiche Temperatur voraus, so nimmt der Luftdruck bei zunehmender Höhe nach einer Exponentialfunktion ab. Hier gilt die so genannte internationale Höhenformel:

Höhenformel

mit der der effektive Luftdruck in einer bestimmten Höhe h bestimmt werden kann.

Relativdruck
Beim Relativdruck handelt es sich um die Differenz zum derzeit herrschenden Umgebungsdruck. Bei einer Relativdruckmessung wird eine Luftdruckänderung, die bei einer Absolutdruckmessung zu einem Messfehler führen würde, herausgerechnet. Daher wird für längerfristige Messungen zumeist ein Relativdrucksensor verwendet.

Differenzdruck
Die Differenz zweier Drücke p₁ und p₂ wird Druckdifferenz p = p₁ - p₂ genannt. In Fällen, bei denen die Differenz zweier Drücke selbst die Messgröße darstellt, spricht man vom Differenzdruck p₁₂.

Atmosphärischer Druckdifferenz, Überdruck
Im Bereich der Technik wird am häufigsten die atmosphärische Druckdifferenz p_e gemessen. Sie ist die Druckdifferenz zwischen p_abs und p_amb. Man nennt diese Druckdifferenz Überdruck. Man spricht von positivem Überdruck, wenn der absolute Druck höher, von negativem Überdruck, wenn er niedriger als der atmosphärische Luftdruck ist.

Piezoelektrischer Effekt
An der Oberfläche bestimmter Stoffe sammelt sich in Abhängigkeit von der einwirkenden Gewichtskraft eine elektrische Ladung an. Diese der Gewichtskraft proportionale Ladung kann zur Druckmessung herangezogen werden.

Messprinzipien und Sensoren zur Druckmessung
Man unterscheidet bei der Druckmessung die Geräte, die die Messgröße direkt aus einer der beiden Basisbeziehungen ermittelt:
Formel 1

oder

und solche Geräte, die Längenänderungen, elektrische, optische oder chemische Auswirkungen einer Druckänderung in ein entsprechendes Signal wandeln.

Unmittelbare Druckmessgeräte
Flüssigkeitsdruckmessgeräte
Der zu messende Druck p wird mit der Höhe h einer Flüssigkeitssäule verglichen. Nach obenstehender Formel wird der Druck bestimmt (ρ_m: Dichte des Messmediums, g: Erdbeschleunigung).

Druckwaagen/Kolbendruckmessgeräte
Druckwaagen bzw. Kolbendruckmessgeräte arbeiten nach der Basisdefinition des Drucks. Der Druck wirkt auf eine definierte Fläche A und bewirkt eine Kraft F. Diese Kraft wird beispielsweise mit der einer Feder oder eines Gegengewichtes verglichen. Der Federweg oder die Masse des Gewichtes ist dann ein Maß für den Druck.

Mittelbare Druckmessgeräte
Mechanische Druckmessgeräte
Die am meisten eingesetzten mechanischen Druckmessgeräte sind die mit federelastischen Messgliedern (Bourdonrohr). Hierbei gelangt der Druck in einen definierten Druckraum des Messorgans von dem sich eine oder mehrere der Wände proportional zum Druck elastisch verformen.

Elektronische Drucksensoren
Es existiert eine Vielzahl von elektrischen Drucksensoren mit unterschiedlichsten Messprinzipien. Im Folgenden sind hier nur einige wichtige Verfahren genannt:
Dehnungsmessstreifen, Halbleiterdehnungsstreifen (piezoresistiver Effekt) etc.

Durch Druckbeaufschlagung ändert sich die Länge und damit der Wert eines elektrischen Widerstandes nach folgender Formel:
Formel 3

wobei ρ der spezifische Widerstand, l und Q Länge und Querschnitt des Widerstandes darstellen.

Diese Widerstandsänderung wird über ein spezielles Auswerteverfahren, der sog. Wheatstone'schen Messbrücke ausgewertet und in ein druckabhängiges Ausgangssignal umgewandelt.

Weitere Dehnungmessstreifen, neben der genannten Halbleitertechnologie sind Dick- und Dünnschichtdehnungsmessstreifen und Foliendehnungsmessstreifen.

Halleffektsensoren
Ein Halleffektsensor bestimmt die Änderung eines Magnetfeldes in Abhängigkeit von der Auslenkung einer Membran oder ähnlichem.

Kapazitive Sensoren
Bei der Druckmessung mit kapazitiven Sensoren macht man sich die Abstandsänderung der beiden Kondensatorplatten in Abhängigkeit vom Druck zu Nutze.

Umrechnung wichtiger Druckeinheiten:

	SI-Einheite			technische Einheiten
	bar	mbar	Pa	mmHg	kp/cm²	atm
1 bar	1	103	105	750,064	1,01972	0,986923
1 mbar	0,001	1	100	0,75006	0,00101972	0,986923 x 10^-3
1 Pa	0,00001	0,01	1	0,00750062	10,1972 x 10^-6	9,8693 x 10^-6
1 mmHg	0,00133322	1,33322	133,322	1	0,00135951	0,00131579
1 kp/cm²	0,980665	980,665	98.066,5	735,561	1	0,967841
1 atm	1,01325	1.013,25	101.325	760	1,03323	1