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Aufbau einer Kraft-Normalmesseinrichtung für Kalibrierungen im Bereich 100 µN - 200 mN

17.01.2011

Für die Kalibrierung mit kleinen Kräfte im µN-mN Bereich kann das Prinzip der Krafterzeugung mittels Massestapel nicht mehr oder nur noch bedingt angewendet werden. Das Problem kann durch eine Vergleichskalibrierung mittels elektromagnetisch kompensierter Waagen als Vergleichsnormal gelöst werden.

Die zu kalibrierenden Kraftaufnehmer werden somit mittels der Massenanzeige der Waage kalibriert, welche multipliziert mit der Fallbeschleunigung die gesuchte Kraft ergibt. Die Rückführung der Kraftmessung erfolgt damit über die Waage, welche wiederum mit rückgeführten Massenormalen kalibriert wird. Eine Kraftkalibrierung erfolgt nach einem festgelegten Verfahren, beschrieben in Normen wie der ISO 376 oder der DKD 3-3. Der Kraftaufnehmer wird in verschiedenen Einbaulagen belastet, wobei die Kräfte stufenweise erhöht und erniedrigt werden. Um einer Normkalibrierung gerecht zu werden wurde eine Anlage bestehend aus einem Mikrostelltisch, einer elektromagnetisch kompensierten Waage und verschiedenen mikromechanischen Stellelementen aufgebaut, siehe Bild 1. Die Waage kann mittels des Mikrostelltisches mit einer Auflösung von 4 nm gegen den kopfüber hängenden Aufnehmer gedrückt werden. Der Aufnehmer ist mittels eines Adapters an einem X-Y-Verkipptisch und einem Rotationstisch befestigt. Der Kipptisch ermöglicht eine senkrechte Einstellung des Kraftvektors zur Waagenoberfläche mit einer kleinstmöglichen Verkippung von 65 µrad, welche mit zusätzlich angebrachten Neigungssensoren am Adapter gemessen werden kann. Der schrittmotorgetriebene Rotationstisch ermöglicht eine Drehung des Aufnehmers mit einer Winkelauflösung von 21 µrad. Der Aufbau bietet die Möglichkeit eines einfachen Wechsels der Waage, so dass der Kraft-Messbereich relativ schnell umgeschaltet werden kann.

3D-Grafik der Normalmesseinrichtung für die Kalibrierung kleiner Kräfte

Bild 1: 3D-Grafik der Normalmesseinrichtung für die Kalibrierung kleiner Kräfte

Ansprechpartner:

Christian Schlegel, FB 1.2, AG 1.23, E-Mail: christian.schlegel@ptb.de