Torsion an einer Substitutionswaage
Zur Herstellung von Präzisionkalibriergasen werden z.T. in der Gasindustrie und an einigen Institutionen zweischalige Balkenwaagen eingesetzt. Diese Balkenwaagen funktionieren wie mechanische Analysenwaagen nach dem Substitutionsprinzip.
Massevergleich und das Substitutionsprinzip:
Das Substitutionsprinzip soll bezwecken das eine Waage über Ihren gesamten Wägebereich immer die gleiche Ansprechempfindlichkeit und Reproduzierbarkeit besitzt. Bei analytischen Waagen im typischen Labormaßstab bedeutet das, das die Waage von vorn herein mit einem definiertem Gewichtssatz, welcher i.d.R. bei 160g bis200g liegt, bestückt ist. Mit diesem Gewichtsatz ist die Waage im Gleichgewicht gebracht. Zur Bestimmung der Massen von Wägegefäß und Wägegut werden nun intern so viele Gewichte von der Waage genommen bis sich wieder das Gleichgewicht einstellt. Die entfernten Gewichte entsprechen also dem gesamten Gewicht aus Wägegut+Waagegefäß. Die Mechanik der Waage ist somit für den gesamten Wägevorgang nicht unterschiedlich belastet worden.
Bei den Substitutionswaagen welche zur
Herstellung von Präzisionskalibriergasen benutzt werden, wird das
Substitutionsprinzip nicht ganz eingehalten. Die zu bestimmenden
Gesamtmassen lagen zwischen dem unteren kg-Bereich bis ca. 100kg.
Bei gewünschten Auflösungen im mg-Bereich würde eine vollständige
Substitution bis 100kg aus technischer Sicht finanziell nicht mehr
vertretbar sein. Allein die Genauigkeitsanforderungen an die
integrierten Substitutionsgewichte währen zu groß.
Dort geht man einen anderen Weg. Man benutzt eine zweischaalige
Balkenwaage. Auf einen der Seiten wird eine Leerflasche als
Referenzflasche gestellt. Diese Leerflasche ist baugleich zu der zu
füllenden Gasflasche und hat somit in nahezu das gleiche Leergewicht
sowie äußeres Verdrängungsvolumen (Luftauftrieb!). Zur Bestimmung
der zugefüllten Massen wird jeweils die Massendifferenz zur
Referenzflasche über Substitutionsgewichte bestimmt. Somit sind
Massendifferenzen vom mg-Bereich bis zum kg-Bereich mit akzeptabler
Genauigkeit und Reproduzierbarkeit bestimmbar. Technisch sind
allerdings auch hier Grenzen für die Gesamtbelastung beider
Waagschalen gesetzt. Die Gesamtbelastung und damit die
Reproduzierbarkeit der Waage bleiben somit von der Tarawägung bis
zur vollständigen Zuwaage gleich und werden hauptsächlich von dem
Leergewicht der beiden Gasflaschen bestimmt. (Elektro-)Mechanische
Waagen die nach dem Prinzip des direkten Vergleichs (hier Flasche
gegen Flasche) arbeiten, werden auch als Massekomparatoren
bezeichnet.
Eichbehörden/Institute wie die PTB in Deutschland nutzen besondere
Bauformenvon Massekomparatoren zum Anschluß nationaler
Primärgewichte an internationale.
