Addieren Sie den lokalen Atmosphärendruck zum angezeigten Überdruck. Bei einem Druckmesswert in psig wird der entsprechende Absolutdruck als (P_{\mathrm{abs}} = P_{\mathrm{gauge}} + P_{\mathrm{atm}}) berechnet, wodurch ein Ergebnis in psia entsteht. Verwenden Sie den tatsächlichen Atmosphärendruck im Technikum, wenn Genauigkeit wichtig ist; 14.696 psi, 101.325 kPa oder 760 mmHg sind lediglich die Standardwerte auf Meereshöhe.

Gasgesetz- und thermodynamische Berechnungen erfordern Absolutdruck, nicht Überdruck. Rechnen Sie jeden Messwert mit dem Atmosphärendruck am Messort um und verwenden Sie während der gesamten Berechnung einheitliche Druckeinheiten.

Warum Absolutdruck erforderlich ist

Überdruck verwendet die Atmosphäre als Nullpunkt

Überdruck misst den Druck relativ zur umgebenden Atmosphäre:

[ P_{\mathrm{gauge}} = P_{\mathrm{abs}} - P_{\mathrm{atm}} ]

Ein Messwert von null bedeutet nicht, dass der Behälter leer ist oder sich im Vakuum befindet. Er bedeutet, dass der Behälterdruck ungefähr dem lokalen Atmosphärendruck entspricht.

Absolutdruck verwendet ein perfektes Vakuum als Nullpunkt

Absolutdruck wird ab dem Drucknullpunkt beziehungsweise einem perfekten Vakuum gemessen:

[ P_{\mathrm{abs}} = P_{\mathrm{gauge}} + P_{\mathrm{atm}} ]

Dies ist die Druckskala, die für das ideale Gasgesetz erforderlich ist:

[ PV = nRT ]

Die Verwendung von Überdruck in dieser Gleichung behandelt den Atmosphärendruck fälschlicherweise als null und kann zu erheblich falschen Gasvolumina, Stoffmengen und Durchflussraten führen.

So führen Sie die Umrechnung durch

Druck in denselben Einheiten umrechnen

Der Atmosphärendruck muss in denselben Einheiten wie der angezeigte Überdruck angegeben werden.

Bei einem Messwert in psi:

[ P_{\mathrm{abs}};(\mathrm{psia})

P_{\mathrm{gauge}};(\mathrm{psig}) + P_{\mathrm{atm}};(\mathrm{psi}) ]

Bei Verwendung des Standard-Atmosphärendrucks:

[ P_{\mathrm{abs}};(\mathrm{psia})

P_{\mathrm{gauge}};(\mathrm{psig}) + 14.696 ]

Für technische Arbeiten sind 14.70 psi häufig ausreichend, wenn die Messunsicherheit größer ist als der Unterschied zwischen diesen Werten.

Beispiel: Positiver Überdruck

Angenommen, ein Druckmessgerät im Technikum zeigt 25 psig an und der lokale Atmosphärendruck beträgt 14.70 psi.

[ P_{\mathrm{abs}} = 25 + 14.70 = 39.70\ \mathrm{psia} ]

Für die Gasgesetzberechnung sollte daher 39.70 psia und nicht 25 psig verwendet werden.

Beispiel: SI-Einheiten

Wenn ein Druckaufnehmer 200 kPa Überdruck anzeigt und der lokale Atmosphärendruck 101.3 kPa beträgt:

[ P_{\mathrm{abs}} = 200 + 101.3 = 301.3\ \mathrm{kPa(abs)} ]

Das Ergebnis kann auch als 301.3 kPa absolut angegeben werden; die Datendokumentation sollte jedoch eindeutig die Druckreferenz nennen.

Umgang mit Vakuummesswerten

Negativer Überdruck

Ein Druckmessgerät oder ein Druckaufnehmer kann ein Vakuum als negativen Überdruck anzeigen. Beispielsweise ergibt ein Messwert von (-30) kPa Überdruck bei einem Atmosphärendruck von 101.3 kPa:

[ P_{\mathrm{abs}} = -30 + 101.3 = 71.3\ \mathrm{kPa(abs)} ]

Das negative Vorzeichen muss bei der Umrechnung beibehalten werden.

Messwerte auf der Vakuumskala

Einige Vakuummessgeräte zeigen den Betrag des Vakuums als positive Zahl und nicht als negativen Überdruck an. In diesem Fall gilt:

[ P_{\mathrm{abs}} = P_{\mathrm{atm}} - P_{\mathrm{vacuum}} ]

Bei einem Vakuummesswert von 10 inHg muss der Atmosphärendruck zunächst in kompatible Einheiten umgerechnet werden, bevor die Subtraktion erfolgt.

Ein Vakuummesswert, der dem Atmosphärendruck entspricht, würde ungefähr einem Absolutdruck von null entsprechen, obwohl reale Systeme kein perfektes Vakuum erreichen können.

Warum der lokale Atmosphärendruck wichtig ist

Der Atmosphärendruck ändert sich je nach Ort

Der Wert 14.696 psi beziehungsweise 101.325 kPa entspricht dem Standard-Atmosphärendruck auf Meereshöhe. Der tatsächliche Druck ändert sich mit der Höhenlage und dem Wetter. Daher sollte der lokale Barometerdruck verwendet werden, wenn präzise Berechnungen oder Daten in Kalibrierqualität erforderlich sind.

Die maßgebliche Beziehung lautet daher:

[ P_{\mathrm{abs}} = P_{\mathrm{gauge}} + P_{\mathrm{atm,local}} ]

Druckreferenz dokumentieren

Die Daten aus dem Technikum sollten angeben, ob jeder Druckwert Folgendes ist:

psig oder kPag: Überdruck
psia oder kPa absolut: Absolutdruck
inHg Vakuum oder kPa Vakuum: Vakuumbetrag

Ein Wert wie „100 kPa“ ist unvollständig, sofern seine Referenz nicht angegeben wird.

Anwendung der Umrechnung auf Gaseigenschaften

Berechnungen mit dem idealen Gas

Für ein unter Betriebsbedingungen gemessenes Gasvolumen:

[ n = \frac{P_{\mathrm{abs}}V}{RT} ]

Der Druck muss absolut sein, und die Temperatur muss in Kelvin als absolute Temperatur angegeben werden. Wenn Volumen, Druck oder Temperatur unter einer anderen Referenzbedingung angegeben werden, muss die Umrechnung alle drei Variablen berücksichtigen.

Für eine feste Gasmenge gilt:

[ \frac{P_1V_1}{T_1}

\frac{P_2V_2}{T_2} ]

Sowohl (P_1) als auch (P_2) müssen Absolutdrücke sein.

Standard- oder Referenzbedingungen

Gasmengen werden häufig auf Standardbedingungen oder festgelegte Referenzbedingungen umgerechnet. Eine häufig verwendete Standardbedingung ist 0 °C und 1 atm, bei der das molare Volumen eines idealen Gases ungefähr 22.414 L/g-mol beträgt.

Die Berechnung sollte die ausgewählte Standardbedingung nennen, da Organisationen unterschiedliche Referenztemperaturen und Druckdefinitionen verwenden können.

Durchflussraten und Massenbilanzen

Gasvolumenströme ändern sich mit Druck und Temperatur. Die Umrechnung eines gemessenen Betriebsdurchflusses auf eine Referenzbedingung erfordert Verhältnisse von Absolutdrücken, zum Beispiel:

[ Q_2 = Q_1 \left(\frac{P_1}{P_2}\right) \left(\frac{T_2}{T_1}\right) ]

Hier sind beide Druckwerte absolut und beide Temperaturen werden in Kelvin angegeben. Die Verwendung von Überdruck in diesem Verhältnis kann den angegebenen Normdurchfluss und jede darauf basierende Massenbilanz verfälschen.

Abwägung der verschiedenen Aspekte

Der Standard-Atmosphärendruck ist eine Näherung

Die Addition von 14.70 psi ist praktisch, setzt jedoch den Standard-Atmosphärendruck voraus. Der daraus entstehende Fehler kann für Lehrberechnungen oder Prozessabschätzungen mit geringer Genauigkeit akzeptabel sein, für Kalibrierungen, Anlagentests oder genaue Gasbilanzen jedoch möglicherweise nicht.

Verwenden Sie ein kalibriertes Barometer oder den protokollierten atmosphärischen Standortdruck, wenn die Unsicherheit erheblich ist.

Die Instrumentenreferenz kann abweichen

Die meisten Bourdonfeder-Manometer zeigen Überdruck an, einige Transmitter und Analysegeräte melden jedoch Absolutdruck. Die Addition des Atmosphärendrucks zu einem bereits absoluten Messwert würde einen systematischen Fehler verursachen.

Prüfen Sie vor der Umrechnung das Datenblatt des Instruments, den Kalibrierungsnachweis oder die angezeigten Einheiten.

Der Sensorstandort kann die Interpretation beeinflussen

Eine Druckmessung kann den Druck am Messstutzen des Sensors und nicht den Druck an einer anderen Stelle der Anlage darstellen. In Flüssigkeitssystemen können außerdem Höhenunterschiede und der hydrostatische Druck eine Rolle spielen:

[ P = P_0 + \rho gh ]

Diese Unterscheidung ist bei der Interpretation von Druckverlusten, dem Betrieb von Kolonnen, dem Behälterdruck oder Differenzdruckmessungen wichtig.

Die richtige Wahl für Ihr Ziel treffen

Verwenden Sie die Druckreferenz bei jeder Berechnung und in jedem Datensatz bewusst.

Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf Berechnungen mit idealen Gasen oder thermodynamischen Berechnungen liegt: Rechnen Sie den Überdruck in Absolutdruck um, bevor Sie das ideale Gasgesetz, Dampfdruckkorrelationen oder Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtsmodelle verwenden.
Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf Gasdurchflüssen und Massenbilanzen liegt: Verwenden Sie den lokalen Atmosphärendruck, den absoluten Betriebsdruck und den absoluten Referenzdruck bei der Umrechnung von Volumenströmen.
Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf dem Vakuumbetrieb liegt: Behandeln Sie negativen Überdruck oder den Vakuumbetrag korrekt und überprüfen Sie, dass der resultierende Absolutdruck physikalisch sinnvoll bleibt.
Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf Sicherheit und Regelung im Technikum liegt: Stellen Sie vor dem Vergleich mit Betriebsgrenzen, Alarmeinstellungen oder Spezifikationen von Sicherheitsventilen fest, ob jedes Instrument Überdruck oder Absolutdruck meldet.

Zuverlässige Berechnungen von Gaseigenschaften beginnen mit der Identifizierung der Druckreferenz und der Umrechnung von Überdruck in Absolutdruck, bevor thermodynamische Beziehungen angewendet werden.

Zusammenfassungstabelle:

Thema	Wichtige Empfehlung
Grundlegende Umrechnung	Absolutdruck = Überdruck + lokaler Atmosphärendruck
Positiver Überdruck	25 psig + 14.70 psi = 39.70 psia
SI-Beispiel	200 kPa(g) + 101.3 kPa = 301.3 kPa(abs)
Vakuummesswerte	Negativer Überdruck wird zum Atmosphärendruck addiert; der Vakuumbetrag wird subtrahiert
Gasberechnungen	Verwenden Sie Absolutdruck und die Temperatur in Kelvin bei Gasgesetzen und Durchflussumrechnungen
Genauigkeit	Verwenden Sie den gemessenen lokalen Barometerdruck für Kalibrierungen, Tests und präzise Bilanzen
Datensätze	Kennzeichnen Sie psig, psia, kPag, kPa(abs) oder Vakuumeinheiten eindeutig

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