Technische Informationen

Druckmittler und Druckmittlersysteme
Anwendung - Funktionsweise - Bauart
WIKA-Datenblatt IN 00.06

Definition

Druckmessgerät

Druckmittler werden zu Druckmessungen dann eingesetzt,
wenn der Messstoff mit den drucktragenden Teilen desMessgerätes nicht in Berührung kommen soll.
Ein Druckmittler hat zwei primäre Aufgaben:
1. Trennung des Messgerätes vom Messstoff
2. Übertragung des Druckes auf das Messgerät■ Manometer■ Prozesstransmitter■ Druckschalter

Funktionsweise eines Druckmittlers■ Direktanbau■ Kapillarleitung■ Kühlkörper

Die Funktionsweise eines Druckmittlers wird in der Abbildung
rechts dargestellt.
Prinzip
Der Raum zum Messstoff hin ist mit einer elastischen
Membrane abgeschlossen. Der Innenraum zwischen dieser
Membrane und dem Druckmessgerät ist vollständig mit einer
Systemfüllflüssigkeit gefüllt. Wirkt nun vom Messstoff her der
Druck, so wird dieser über die elastische Membrane auf die
Flüssigkeit übertragen und weiter auf das Messelement desDruckmessgerätes.
In vielen Fällen ist zwischen Druckmittler und Druckmessgerät eine Kapillarleitung geschaltet, um z. B. Temperatureinwirkungen vom heißen Messstoff auf das Messgerät auszuschalten bzw. zu minimieren. Die Kapillarleitung beeinflusst
die Ansprechzeit des Gesamtsystems.
Druckmittler, Kapillarleitung und Messgerät bilden ein in sichgeschlossenes System. Die versiegelten Füllschrauben am
Druckmittler und am Messgerät dürfen deshalb keinesfalls
gelöst werden, da nach Austritt von Füllflüssigkeit die Funktion des Systems beeinträchtigt wird!
Die Membrane und der Prozessanschluss sind Teile desSystems, die mit dem Messstoff in Berührung kommen.
Deshalb muss der Werkstoff, aus dem sie bestehen, hinsichtlich Temperatur- oder Korrosionsbeständigkeit entsprechende Anforderungen erfüllen.

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Systemfüllflüssigkeit
Anbauart

Membrane
Druckmittler■ Druckmittleroberteil■ Druckmittlerunterteil

Prozessanschluss■ Gewindeanschluss■ Flanschanschluss■ Hygieneanschluss

Einbaubeispiel eines Druckmittlersystems
Falls die Membrane undicht wird, kann die Füllflüssigkeit
in den Messstoff eindringen. Bei Anwendungen in derNahrungsmittelindustrie muss diese für den Kontakt mit
Lebensmitteln zugelassen sein. Bei der Auswahl der Füllflüssigkeit sind daher die Faktoren Verträglichkeit sowie Temperatur- und Druckverhältnisse am Messstoff von entscheidender Bedeutung. Für die unterschiedlichen Einsatzbedingungen der Anwendungen können kundenspezifische Lösungenrealisiert werden.
Die Druckmittlersysteme sind in der Lage extremen Temperaturen von -130 ... +450 °C [-202 ... + 842 °F] und Drücken
von 35 mbar ... 3.600 bar [0,5 ... 52.200 psi] standzuhalten.

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Einsatzmöglichkeiten
Durch den Einsatz von Druckmittlern wird dem Anwender ermöglicht eine große Anzahl von Druckmessgeräten für die
schwierigsten Prozessbedingungen einsetzbar zu machen.
Beispiele■ Der Messstoff ist korrosiv, und das Druckmessgerät

selbst, z. B. das Innere einer Rohrfeder, kann nicht ausreichend dagegen geschützt werden.
■ Der Messstoff ist hochviskos und faserig, dadurch führen
Toträume und enge Bohrungen im Druckmessgerät(Druckkanäle, Rohrfeder) zu Messproblemen.
■ Der Messstoff neigt zur Kristallisation oder zur
Polymerisation.
■ Der Messstoff hat eine sehr hohe Temperatur. Dadurch
erwärmt sich das Druckmessgerät stark. Die Erwärmung
führt zu einem großen Temperaturfehler bei der Messung
am Druckmessgerät. Die erhöhte Temperatur kann auchzu einer Überschreitung der Obergrenze für thermische
Belastung der Messgerätebauteile führen.
■ Die Messstelle liegt ungünstig. Aus Platzgründen kanndas Druckmessgerät entweder nicht montiert werden bzw.
nicht oder nur schlecht abgelesen werden. Durch Einbau
eines Druckmittlers und die Verwendung einer längeren
Kapillarleitung kann das Druckmessgerät an einem Ort
installiert werden, an dem es leicht eingesehen werden
kann.

■ Bei der Herstellung des Produktes und in der Produktions-anlage sind Hygienevorschriften zu beachten. Aus diesem
Grund müssen Toträume und Hinterschneidungen dermessstoffberührten Teile vermieden werden.
■ Der Messstoff ist giftig oder umweltschädlich. Er darf
durch Undichtigkeiten nicht in die Atmosphäre oder in die
Umgebung gelangen. Aus Gründen der Sicherheit unddes Umweltschutzes müssen deshalb geeignete Schutzmaßnahmen ergriffen werden.
WIKA ist aufgrund langjähriger Erfahrungen in der Lageherausfordernde Aufgabenstellungen in Lösungen mit
Technologievorsprung umzusetzen.
Vorteile durch den Einsatz von Druckmittlern■ Lange Standzeit der Messanordnung■ Reduzierter Montageaufwand■ Wegfall von Wartungsarbeiten

Kombination zu einem Druckmittlersystem
Ein Druckmittlersystem wird mit dem Druckmessgerät, der Anbauart und dem Druckmittler mit Prozessanschluss definiert.
Für jede Anwendung stehen optimale Druckmittler-Bauarten, Werkstoffe, Systemfüllflüssigkeiten und Zubehör zur Verfügung.

Manometer

Drucksensor

Direktanbau

Flanschanschluss
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Prozesstransmitter

Kühlkörper

Gewindeanschluss

Druckschalter

Kapillarleitung

Hygieneanschluss
Seite 2 von 8Anbauarten
Die benötigte Anbauart von Druckmessgerät mit Druckmittler
hängt u. a. mit den Einsatzbedingungen des Druckmittlersystems zusammen. Zur Auswahl steht der Direktanbau,
die flexible Kapillarleitung oder der Kühlkörper. Dadurch ist
das Druckmittlersystem für kundenspezifische Bedingungenanpassbar. Bei der Auswahl der Anbauart sind Einflüsse auf
die Messfähigkeit des Druckmittlersystems zu beachten. Der
Anbau über eine Kapillarleitung bzw. einen Kühlkörpers hat
gegenüber dem Direktanbau z. B. eine längere Ansprechzeit
zur Folge.

Kühlkörper
Der Kühlkörper sorgt bei heißen Messstoffen dafür, dassdie Systemfüllflüssigkeit genügend abkühlt, um eine präzise
Messung zu gewährleisten.
Kühlkörper (Beispiele)

Direktanbau
Der Direktanbau erfolgt durch eine Verschweißung desMessgerätes über einen Anschlussadapter direkt mit dem
Druckmittler.
Direktanbau über axialen Anschlussadapter

Kapillarleitung
Die Kapillarleitung ist ein flexibles Verbindungsstück
zwischen Messgerät und Druckmittler, welches typischerweise aus einem Rohr, einem Kapillarschutzschlauch undoptional einer weiteren Ummantelung besteht. Kapillarleitungen finden Anwendung bei hohen Temperaturen desProzessmediums, da dieses über die Verbindungsstrecke
abgekühlt wird. Außerdem bietet sich diese Anbauart zur
Entkopplung starker Vibrationen an, oder wenn das Messgerät an der Messstelle nicht montiert werden kann bzw. aneinem anderen Ort besser ablesbar ist.
Kapillarleitung (Beispiel)

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Prozessanschluss und Bauart
In anspruchsvollen Anwendungen der unterschiedlichsten Branchen finden Druckmittlersysteme ihren Einsatz. Für jede
Anwendung stehen optimale Prozessanschlüsse und Bauarten zur Verfügung.
Die Entscheidung für den passenden Druckmittler hängt sowohl von den technischen Daten als auch von den Einbaumöglichkeiten und Anforderungen der jeweiligen Messaufgabe ab.
Einteilung der Prozessanschlüsse■ Flanschanschluss■ Gewindeanschluss■ Hygieneanschluss

Flanschanschluss

Druckmittler mit Flanschanschluss können bei Prozessen
mit aggressiven, anhaftenden, korrosiven, hochviskosen,
umweltschädlichen oder giftigen Messstoffen zum Einsatz
kommen. Der Druckmittler mit Flanschanschluss ist mit
Abmessungen aller gängigen Normflansche erhältlich. Die
Dichtfläche ist frontbündig und die Membrane wird entweder
fontbündig oder innenliegend ausgeführt.

Tubusausführung

14206602.02
14219250.01

Zellenbauart

Rohr-Druckmittler mit Flanschanschluss
Dieser Druckmittler eignet sich sehr gut zur Messung anströmenden Messstoffen. Der Rohr-Druckmittler wird mit
beidseitigem Flansch direkt in die Rohrleitung eingespannt.
Die Integration in die Prozessleitung verhindert störende Turbulenzen, da diese Bauart keine Ecken, Toträumeoder sonstige Hindernisse in Strömungsrichtung aufweist.
Verschiedene Nennweiten erlauben die Anpassung an jeden
Rohrleitungsquerschnitt. Die Rohr-Druckmittler sind auch inZellenbauart lieferbar.
Rohr-Druckmittler mit Flanschanschluss

14484905.01

Zellenbauart
Die Zellenbauart ist eine besondere Variante des Druckmittlers mit Flanschanschluss. Er besteht aus einer zylindrischen
Platte, deren Durchmesser an die Dichtleistenpartie entsprechender Normflansche angepasst ist. Die Membrane ist
frontbündig und abgestimmt auf die Nennweite.
Zur Montage der für alle gängigen Flanschnormen verfügbaren Zellenbauart wird ein Blindflansch verwendet.

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14217473.01

Innenliegende Membrane

14219130.01

Frontbündige Membrane

Tubusausführung
Druckmittler mit vorgezogener Membrane (Tubusausführung)kommen unter anderem an dickwandigen und/oder isolierten
Produktleitungen, Behälterwänden usw. zum Einsatz. Die
Tubusausführung ist für Flansch- und Zellenbauart erhältlich.

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Gewindeanschluss

Druckmittler mit Gewindeanschluss können bei Prozessen
mit aggressiven, anhaftenden, korrosiven, hochviskosen,
umweltschädlichen oder giftigen Messstoffen zum Einsatz
kommen. Die Verbindung von Druckmittlerober- und unterteil
ist entweder in verschraubter oder verschweißter Ausführung
erhältlich. Diese Druckmittler sind in der Grundbauart
mit Innen- oder Außengewinde erhältlich. Die Vielzahl an
verfügbaren Prozessanschlüssen ermöglicht problemlos
die unterschiedlichsten Anbindungen. Der Werkstoff vonDruckmittleroberteil und Druckmittlerunterteil kann derselbe
sein oder unterschiedlich gewählt werden.

14265415.01

Verschweißte Ausführung

14204961.02

Verschraubte Ausführung

Hygieneanschluss

Druckmittler im Hygienic Design können bei Prozessen
mit Gasen, Druckluft oder Dampf, mit flüssigen, pastösen,pulvrigen und kristallisierenden Messstoffen zum Einsatz
kommen. Die Druckmittler halten den auftretenden Temperaturen Stand und erfüllen die Anforderungen für sterile
Verbindungen. Die frontbündige Membrane kann durch dieverschiedenen Prozessanbindungen hygienegerecht in alleAnwendungen eingebunden werden.
Kennzeichnend für die sterile Technik ist die Erfüllung der
SIP- und CIP-Kriterien, die durch den Einsatz von WIKADruckmittlern erfüllt werden.

Rohr-Druckmittler für Hygieneanschluss

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14216061.01

14216061.01

Nutüberwurfmutter

14204961.02

Klemmverbindung

Rohr-Druckmittler für Hygieneanschluss
Der Rohr-Druckmittler eignet sich sehr gut zum Einsatz bei
strömenden Messstoffen. Da er vollkommen in die Prozessleitung integriert ist, treten durch die Messung keine störenden Turbulenzen, Ecken, Toträume und sonstige Hindernissein Strömungsrichtung auf. Der Rohr-Druckmittler wird unmittelbar in die Rohrleitung eingespannt. Bei Rohr-Druckmittlern
fließt der Messstoff ungehindert durch und bewirkt eine
Selbstreinigung der Messkammer. Verschiedene Nennweiten
erlauben die Anpassung an jeden Rohrleitungsquerschnitt.

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Werkstoffe und Beschichtungen
Druckmittler werden überwiegend aus CrNi-Stahl 316L
gefertigt. Für die messstoffberührten Teile steht ein großes
Sortiment an Sonderwerkstoffen und Beschichtungen für
spezielle Einsatzgebiete zur Verfügung. WIKA bietet dieseVielzahl an unterschiedlichen Werkstoffen, um die bestmögliche Lösung für die Herausforderungen der Messstelle finden
zu können.
Die Werkstoffauswahl für Druckmittler ist stark von den
Einsatzbedingungen abhängig. Neben der Druckbelastung
müssen die Anforderungen von Temperatur und Beständigkeit gegenüber dem Messstoff bekannt sein. Danachkann die Werkstoffauswahl für den Druckmittler erfolgen.
Die Auswahl kann für den Grundkörper, die Dichtfläche unddie Membrane mit unterschiedlichen Werkstoffen ausgelegt werden, da diese nicht bei jeder Bauart gleichermaßen
messstoffberührt sind.

Werkstoffkombinationen und BeschichtungenInsbesondere bei der Verwendung von Sonderwerkstoffen
können hohe Kosten und lange Lieferzeiten entstehen.
Dieser Umstand kann durch die geschickte Auswahl von
Werkstoffkombinationen oder Beschichtungen gelöst
werden. Ein kostengünstiger Basiswerkstoff wird z. B. für die
tragenden Teile eingesetzt und lediglich die messstoffberührten Teile sind in Sonderwerkstoff oder mit Beschichtung
ausgeführt. Die Füge- und Verbindungstechniken spielen
dabei eine wichtige Rolle, da unterschiedliche Werkstoffe
nicht immer verschweißt werden können. Unabhängig vonder Art der Verbindungstechnik sind diese Druckmittler extremen Einsatzbedingungen gewachsen.

Werkstoff

Unified Numbering System (UNS)

CrNi-Stahl 904L (1.4539)

N08904CrNi-Stahl 321 (1.4541)

S32100

CrNi-Stahl 316Ti (1.4571)

S31635

CrNi-Stahl 1.4466 (Urea grade)

S31050

Duplex 2205 (1.4462)

S31803

Superduplex 1.4410

S32750

Tantal (auch Auskleidung)

R05200

Hastelloy C276 (2.4819)

N01276

Hastelloy C22 (2.4602)

N06022

Inconel 600 (2.4816)

N06600Incoloy 825 (2.4858)

N08825

Inconel 625 (2.485)

N06625

Monel 400 (2.4360)

N04400

Nickel 200 (2.4066)

N02200

Nickel 201 (2.4068)

N02201

Titan 3.7035 (Klasse 2)

R50400Titan 3.7235 (Klasse 7)

R52400

Zirkonium GR702

R60702

CrNi-Stahl 316L (1.4404 oder 1.4435)

S31603

Die maximal zulässige Prozesstemperatur wird durch die Fügetechnik und die Systemfüllflüssigkeit begrenzt. Die maximale
Prozesstemperatur kann dem jeweiligen Datenblatt des Druckmittlers entnommen werden.
Beschichtungen

CrNi-Stahl mit ECTFE-Beschichtung
CrNi-Stahl mit PFA (FDA; 21 CFR 177.1550 und 21 CFR 177.2440)
CrNi-Stahl mit PFA, antistatisch (geeignet für Ex-Anwendungen)
CrNi-Stahl mit Goldbeschichtung
CrNi-Stahl mit Gold-Rhodium
CrNi-Stahl mit Wikaramic®

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Systemfüllflüssigkeiten
Bei der Auswahl der Systemfüllflüssigkeit für Druckmittler
sind Faktoren wie Messstoffverträglichkeit sowie Temperaturund Druckverhältnisse an der Messstelle von entschei­dender
Bedeutung, um eine Gefährdung des Prozesses zu vermeiden. Je nach Systemfüllflüssigkeit muss der dafür geeignete
minimale und maximale Temperatureinsatz­bereich beachtet
werden. Außerdem ist die Volumenänderung der Systemflüssigkeit bei extremen Einsatztemperaturen zu berücksichtigen.
Leicht entzündliche Anwendungen, wie z. B. Sauerstoffund Chloranwendungen und die hohen Anforderungen in
der sterilen Verfahrenstechnik und Halbleiterindustrie, sind
ebenfalls bei der Wahl der passenden Flüssigkeit ausschlaggebend.
Bezeichnung

Silikonöl

Kennnummer

KN

Stockpunkt

Siede-/
Zersetzungspunkt°C°C

Die Eigenschaften der Systemfüllflüssigkeiten wirken sich auf
die zulässige Betriebstemperatur des Druckmittlersystems
aus. Da die Parameter der einzelnen Systemfüllflüssigkeiten
variieren, bietet WIKA eine große Auswahl an, um unterschiedliche Anwendungsfälle abzudecken.
FDA-Zulassung
Die FDA („Food and Drug Administration“) ist eine dem
Gesundheitsministerium unterstellte US-amerikanische
Behörde. Sie ist zuständig für die Lebens- und Arzneimittelüberwachung und dient dem Schutz der öffentlichen
Gesundheit in den Vereinigten Staaten.
Flüssigkeiten, die im Schadensfall in das Endprodukt gelangen könnten, müssen FDA-konform sein.

Dichte bei
25 °C

g/cm³

Kin. Viskosität bei
25 °C

Bemerkung

cSt

2

-45

+300

0,96

54,5

Universell einsetzbar

Glyzerin

7

-35

+240

1,26

759,6

FDA 21 CFR 182.1320

Silikonöl

17

-90

+200

0,92

4,4

Niedrige Temperaturen

Halocarbon

21

-60

+175

1,89

10,6

Sauerstoff 1) und Chlor

Methylcyclopentan

30

-130

+60

0,74

0,7

Für sehr niedrige
Temperaturen

HochtemperaturSilikonöl

32

-25

+400

1,06

47,1

Für hohe Temperaturen

Neobee® M-20

59

-35

+260

0,92

10,0

FDA 21 CFR 172.856,
21 CFR 174.5

DI-Wasser

64

+4

+85

1,00

0,9

Für Reinstmedien

Silikonöl

68

-75

+250

0,93

10,3

DI-Wasser /Propanol Mischung

75

-30

+60

0,92

3,6

Für Reinstmedien

Medizinisches
Weißöl

92

-15

+260

0,85

45,3

FDA 21 CFR 172.878,
21 CFR 178.3620(a);USP, EP, SP

Weitere Systemfüllflüssigkeiten auf Anfrage
Hinweis:■ Die angegebene untere Temperaturgrenze ist eine rein physikalische Eigenschaft der Systemfüllflüssigkeit. Die sich daraus ergebende Ansprechzeit muss separat berechnet undbewertet werden.

■ Die obere Temperaturgrenze für ein Druckmittlersystem wird zusätzlich eingeschränkt vom Betriebsdruck und der Membrane. Zur Ermittlung der oberen Temperaturgrenze für das

individuelle Druckmittlersystem ist eine Berechnung notwendig.

1) Bei Sauerstoffanwendungen gelten die nachfolgenden Werte gemäß BAM-Untersuchung (Bundesamt für Materialforschung und Prüfung):
Maximale Temperatur

Maximaler Sauerstoffdruck> 60 °C bis 100 °C

30 barbis 60 °C> 100 °C bis 175 °C

50 bar
25 bar

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Einflussfaktoren bei der Messung
Ansprechzeit
Eine Kombination der einzelnen Komponenten sorgt generell
für eine verzögerte Ausgabe des Messwertes. Diese Verzögerung ist als Ansprechzeit definiert und varriert in Abhängigkeit des Zusammenbaus.
Faktoren wie das Steuervolumen des Messgerätes sowie
die Kapillarleitungslänge und der damit verbundene
Querschnitt gehen in die Berechnung mit ein. Demnach
lässt sich schlussfolgern, dass bei einem großen Steuervolumen oder einer langen Kapillarleitung die Ansprechzeit
ansteigt. Diesem Effekt kann durch Auswahl eines Messgerätes mit geringerem Steuervolumen, einer kürzeren oderim Querschnitt größeren Kapillarleitung entgegengewirkt
werden.
Neben den geometrischen Größen des Druckmittlersystems ist unter anderem auch die Viskosität der Füllflüssigkeit zu berücksichtigen. Je größer der Viskositätswert,
desto dickflüssiger ist der Messstoff. Eine Optimierung der
Ansprechzeit lässt sich somit durch Auswahl einer Flüssigkeit
mit geringerer Viskosität realisieren.
Weiterhin beeinflussen die anliegenden Temperaturen die
physikalischen Eigenschaften des Füllmediums. Steigt die
Temperatur an, wird der Messstoff dünnflüssiger und die
Ansprechzeit verkürzt. Im Umkehrschluss verlängert sich die
Antwortzeit des Messgerätes bei sinkenden Temperaturen
aufgrund der ansteigenden Viskosität.

Der umgekehrte Effekt ist bei Absenkung der Temperatur zu
verzeichnen. Durch die Volumenabnahme erfolgt nun eine
Auslenkung der Membrane in Richtung des Membranbettes.
Die Temperatursenkung bewirkt aufgrund der Rückstellkraft
der Membrane einen negativen Nullpunkt-Offset.
Höhendifferenz
Eine Höhendifferenz zwischen Druckmessgerät und Druckmittler (dies gilt speziell bei Verwendung von Kapillarleitungen) geht in die Messung ein. Dies ist bedingt durch denhydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule in der Kapillare.
Die Anzeige wird verringert, wenn das Druckmessgerät
höher angeordnet ist als der Druckmittler. Sie wird vergrößert, wenn das Druckmessgerät tiefer angeordnet ist. Bei derwerkseitigen Auslegung des Gesamtsystems muss diese
Höhendifferenz bekannt sein, um entsprechend berücksichtigt werden zu können.
Hinweis: Nach erfolgter Montage empfiehlt sich eine
Nullpunktprüfung und ggf. eine Nullpunktkorrektur.

Temperatureffekt
Druckmittlersysteme werden generell bei Raumtemperatur
befüllt. Kommt es nun zu Temperaturveränderungen in der
Umgebung oder im Prozess, wirken sich diese negativ auf
die Ausgabewerte des Messgerätes aus. Die Ursache ist
auf die Veränderung der physikalischen Eigenschaften
der Systemfüllflüssigkeit zurückzuführen. Erfährt das
Messsystem eine Temperaturerhöhung, kommt es zu einer
Volumenzunahme, die zu einer Auslenkung der Membranein Richtung des Prozesses führt. Die Rückstellkraft der
Membrane sorgt zeitgleich für einen positiven NullpunkOffset am Messgerät.
Um diesem Fehler entgegenzuwirken, sind große
Membrandurchmesser aufgrund der geringen
Steifigkeit zu wählen. Weitere Faktoren, die dem
Nullpunkt-Offset entgegenwirken, sind ein geringeres
Totvolumen des Gesamtsystems sowie ein geringerer
Wärmeausdehnungskoeffzient der Füllflüssigkeit.

05/2022 DE© 09/2010 WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG, alle Rechte vorbehalten.
Die in diesem Dokument beschriebenen Geräte entsprechen in ihren technischen Daten dem derzeitigen Stand der Technik.
Änderungen und den Austausch von Werkstoffen behalten wir uns vor.

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