Nach der Internationalen Organisation für Normung definiert die Norm ISO 2533:1975 den atmosphärischen Standarddruck von 101.325 Pa (1 atm, 1013,25 mbar oder 14,6959 psi). Der atmosphärische Luftdruck ist auf der Erde dynamisch und variiert je nach Wetter, Klima und Höhe. Die typischen Luftdruckschwankungen auf Meereshöhe liegen zwischen 925 und 1.050 hPa. Der Druck an der Erdoberfläche nimmt um etwa 0,1 hPa pro Meter ab (bis zu einer Höhe von etwa 6 km).
Für eine genauere Berechnung der Abhängigkeit des atmosphärischen Drucks von der Höhe muss auch die Lufttemperatur berücksichtigt werden.
Absoluter Drucksensor
Absoluter Druck ist die Druckgröße, die relativ zum Nullpunkt gemessen wird, der drucktechnisch ein vollkommenes Vakuum ist. Die Absolutdruckmessung wird zum Beispiel zur Messung von Luftdruckschwankungen aufgrund von Wetterveränderungen verwendet.
Bei einem membranbasierten Absolutdrucksensor ist eine Seite der Membran einem im Sensorelement integrierten, dauerhaft abgedichteten Vakuumhohlraum ausgesetzt, während die andere Seite der Membran dem zu messenden Druckmedium ausgesetzt ist.
Überdrucksensor
Überdruck ist die Druckgröße, die relativ zum umgebenden atmosphärischen Druck gemessen wird. Bei Druckmessumformern mit einem membranbasierten Überdrucksensor ist eine Seite der Membran dem atmosphärischen Umgebungsdruck und die andere Seite der Membran dem angelegten Druck ausgesetzt.
Überdrucksensoren liefern einen negativen Messwert, wenn sie einem Vakuum ausgesetzt sind, und einen positiven Messwert, wenn sie einem Druck ausgesetzt sind, der höher als der atmosphärische Druck ist. Bei atmosphärischem Umgebungsdruck gleicht sich der Druck zwischen den beiden Seiten der Membran aus und der Sensor liefert einen Nullwert.
Eine Variante des Manometerdrucksensors ist der abgedichtete Manometerdrucksensor, bei dem eine Seite der Membran einem abgedichteten Hohlraum mit einem statischen Druck von 1 bar ausgesetzt ist, der dem Standardatmosphärendruck entspricht. Abgedichtete Manometersensoren werden typischerweise für Hochdrucksensoren verwendet, bei denen es aus sicherheitstechnischer Sicht nicht sinnvoll ist, das Hochdruckmedium nur durch eine dünne Membran von der Atmosphäre zu trennen.
Differenzdrucksensor
Differenzdruck ist ein Druck, der zwischen zwei unabhängigen Druckkräften gemessen wird.
Druckmessumformer mit einem Membrandifferenzdrucksensor, bei dem eine Seite der Membrane einem Druckmedium und die andere Seite der Membrane einem zweiten Druckmedium ausgesetzt ist. Der Differenzdruckwert ist die Druckdifferenz zwischen den beiden Druckmedien.
Indirekter Drucksensor
Gasdruckniveaus unterhalb des atmosphärischen Drucks werden als Vakuum bezeichnet. Bei Vakuumanwendungen ist es üblich, den Druck indirekt zu messen. Wegen der geringen Gasdichte bei Drücken unter 1 × 10-5 hPa (Hochvakuum) kann die vom Gas ausgeübte Kraft nicht mit direkten Methoden wie der Auslenkung einer Membran gemessen werden.
Stattdessen wird der Druck in Hochvakuumanwendungen durch indirekte Druckmessverfahren gemessen. Beispielsweise kann der Druck direkt durch Messung der Wärmeleitfähigkeit zum Gasdruckmedium über einen in einem Rohr aufgehängten heißen Draht oder ein heißes Widerstandselement auf einer mikrobearbeiteten Siliziummembran bestimmt werden. Mit dem Hitzedraht-Pirani-Messgerät können Drücke bis zu 1 × 10-4 hPa gemessen werden. Das MEMS-Piranimessgerät hat den Vorteil eines größeren dynamischen Messbereichs, und die jüngsten Innovationen in der Vakuummesstechnik haben den Messbereich auf 1 × 10-6 hPa erweitert.
Für die Druckmessung im Ultrahochvakuumbereich werden Heiß- oder Kaltkathoden-Ionisationsmessgeräte verwendet. Diese Messgeräte messen indirekt durch Ionisierung von Gasmolekülen und können zur Druckmessung bis hinunter zu 1 × 10-12 hPa verwendet werden.
Erörterung und Schlussfolgerungen
Druck- und Vakuummessungen sind in industriellen und wissenschaftlichen Anwendungen weit verbreitet. Sie können mit vielen verschiedenen Arten von Sensoren, Techniken und Messtechnologien gemessen werden. Die Auswahl der Messtechnik und des Sensortyps hängt von der Anwendung und den Anforderungen ab.