10.10.2006
Im Rahmen einer Forschungskooperation mit einem führenden Waagenhersteller sowie der Technischen Universität Ilmenau und dem Internationalen Büro für Maß und Gewicht (BIPM) wurde in der PTB ein neuer 1-kg-Vakuum-Massekomparator installiert. Erste Ergebnisse nach der Inbetriebnahme ergaben für den Massevergleich von 1-kg-Massenormalen aus Edelstahl Standardabweichungen von < 0,2 µg in Luft und < 0,1 µg in Vakuum.
Im Rahmen einer Forschungskooperation zwischen der Sartorius AG und der PTB wurde ein von der Sartorius AG in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Ilmenau und dem Internationalen Büro für Maß und Gewicht (BIPM) entwickelter 1-kg-Vakuum-Massekomparator in der PTB installiert (Bild 1).
Bild 1: 1-kg-Vakuum-Massekomparator Sartorius CCL1007 in der PTB
Ziel der wissenschaftlichen Kooperation ist die Ermittlung und Verbesserung der Eigenschaften des neuartigen 1-kg-Vakuum-Massekomparators in bezug auf Anwendungen mit höchsten Anforderungen im Bereich der Darstellung und Weitergabe der Masseneinheit unter Berücksichtigung der Einflussgrößen in Luft und im Vakuum. Das System besteht aus einem Massekomparator mit einer Wechseleinrichtung für acht Massenormale in einem druckfesten Gehäuse, einer Steuer- und Antriebseinheit mit einem PC und einem ölfreien Vakuumpumpensystem mit Turbo-Molekular- und Membranpumpe. Herzstück des Massekomparators ist eine monolithisch aufgebaute Wägezelle mit einer Auflösung von 0,1 µg. Die Beladung der Wechseleinrichtung mit Massenormalen erfolgt vollautomatisch mit Hilfe einer externen Beladevorrichtung. Während des Beladevorgangs wird die Lage des Schwerpunktes des Massenormales ermittelt und eine ggf. vorhandene Exzentrizität zur Ruhelage des Gehänges automatisch korrigiert. Konstruktion und Funktionalität der Wechseleinrichtung basieren auf dem bekannten Prinzip der Biegelager-Waage (FB-2) des BIPM. Um Massenormale mit einem Durchmesser von rund 100 mm, d. h. auch 1-kg-Silizium-Kugeln, auf jeder Position aufnehmen zu können, wurde der Durchmesser des Wechseltellers im Vergleich zu dem FB-2-System auf 555 mm erhöht. Die acht Positionen der Wechseleinrichtung ermöglichen die gleichzeitige Verwendung von mehreren Prüf- und Referenzgewichten sowie Auftriebs- und Sorptionskörpern. Erste Ergebnisse nach der Inbetriebnahme geben einen Eindruck von der Leistungsfähigkeit und dem Potential dieses neuen Massekomparators. So konnten bei Massevergleichen von 1-kg-Massenormalen aus Edelstahl Standardabweichungen von < 0,2 µg in Luft und < 0,1 µg in Vakuum (Bild 2) erzielt werden. In Verbindung mit ersten Messungen in Luft zeigte sich eine Empfindlichkeit des Komparators gegenüber kurzzeitigen Schwankungen der Temperatur im Messraum. Um diese Empfindlichkeit zu verringern, ist eine zusätzliche thermische Isolation des Systems geplant.
Bild 2: Ergebnisse des Massevergleiches von 1-kg-Massenormalen aus Edelstahl in Vakuum
Ansprechpartner:
Michael Borys, FB 1.1, AG 1.11, Michael.Borys@ptb.de