20.04.2010 - Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

Laborwaagen: gewohnt präzise mit einfacherer Technik

PTB-Wägezelle macht ein bekanntes Prinzip auch für Präzisionswägungen verfügbar

Es ist ein Aufstieg in die nächste Liga: Wägezellen, die in vielen Alltags-Waagen die Aufgabe haben, die Masse zu erfassen und in ein elektrisches Signal umzuwandeln, können jetzt, in etwas anderer Form hergestellt, deutlich genauer messen. Damit sind sie auch für Laborwaagen geeignet, die somit in Zukunft mit größeren Nennlastbereichen hergestellt werden könnten. Der in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) hergestellte Prototyp einer neuen Wägezelle aus einkristallinem Silicium (statt wie bei konventionellen Wägezellen aus Metall) und mit aufgesputterten (statt aufgeklebten) Dehnungsmessstreifen wartet jetzt gewissermaßen auf seinen Sprung in die industrielle Produktion.

Waagen gehören zu den wirtschaftlich wichtigsten Messgeräten. In Deutschland liegt der Umsatz der Wägetechnik bei ca. einer Milliarde Euro pro Jahr. Ein Großteil dieses Jahresumsatzes wird mit konventionellen Wägezellen für geringe bis mittlere Präzision erreicht. Sie bestehen aus metallischen Federkörpern mit aufgeklebten Dehnungsmessstreifen.

Auf diesem Prinzip beruht auch der von der PTB weiterentwickelte Sensor. Doch statt aus Metall besteht sein Federkörper aus Silicium. Da sich einkristallines Silicium bei Belastung ideal elastisch verformt, sind Zeitabhängigkeiten und Hysterese eines solchen Federkörpers vernachlässigbar. Die Kennlinien der Silicium-Wägezellen zeigen im Vergleich zu denen konventioneller Wägezellen bei Hysterese, Nullpunktverhalten und Reproduzierbarkeit der Messwerte jeweils um mehr als eine Größenordnung bessere Werte. Damit können digitale Kompensationsverfahren effektiv eingesetzt werden, um Temperaturverhalten und Linearität zu verbessern.

Zur Bewertung des Einsatzbereiches der neuen Wägezellen wurden die Messdaten in Anlehnung an die internationale OIML-Empfehlung R 60 zur Prüfung von Wägezellen für eichpflichtige Anwendungen ausgewertet. Die anhand der Kriech- und Richtigkeitsprüfung bewerteten Silicium-Wägezellen erreichen bis zu 50.000 Teilungsschritte für eichfähige Anwendungen und sind somit auch für präzise Wägungen, etwa bei Laborwaagen, geeignet.

Originalveröffentlichungen: Mäuselein, S.; Mack, O.; Schwartz, R.; "Investigations into the use of single-crystalline silicon as mechanical spring in load cells"; Measurement, vol. 42, nº. 6, pp. 871-877, 2009

Mäuselein, S.; Mack, O.; Schwartz, R.; Jäger, G.; "Investigations of new silicon load cells with thin-film strain gauges. XIX IMEKO World Congress: Fundamental and Applied Metrology"; Lisbon, September 06-11, 2009. Proceedings (2009)

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über Physikalisch-Technische Bundesanstalt
  • News

    Warum altern Lithium-Schwefel-Batterien noch zu schnell?

    Mit der Elektromobilität nimmt auch die Suche nach Alternativen zu den klassischen Lithium-Ionen-Batterien Fahrt auf. Eine der Kandidatinnen heißt Lithium-Schwefel-Batterie. Um herauszufinden, warum dieser Typ Batterie noch nicht seine maximal mögliche Kapazität und Lebensdauer erreicht, wu ... mehr

    Neuartige Nano-Schalter lassen sich per Lichtsignal bedienen

    Ein Forschungsteam der Friedrich-Schiller-Universität und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt entwickelt neuartige Nano-Schalter, die sich per Lichtsignal bedienen lassen. In der Fachzeitschrift „Chemistry A European Journal“ stellen die Forscher ihr Konzept eines photoschaltbaren Fe ... mehr

    Helmholtz-Preis für hochpräzise Messungen zur Relativitätstheorie und zu Nanomaterialien

    Grundlagenphysik rund um Einsteins Spezielle Relativitätstheorie auf der einen Seite und Grundlagen für messtechnische (metrologische) Anwendungen im Bereich von Tausendstel Mikrometern (Nanometern) auf der anderen Seite – so weit spannt sich der Bogen beim diesjährigen Helmholtz-Preis. Den ... mehr

  • q&more Artikel

    Die Bedeutung der Rückführbarkeit in der Labormedizin

    Der Weltmetrologietag wird jährlich am 20. Mai begangen, und in diesem Jahr ist „Messen für die Gesundheit“ das Schwerpunktthema. mehr

    Naturkonstanten als Hauptdarsteller

    Der 20. Mai 2019 ist ein besonderer Tag. Denn ab diesem Tag sind die gewohnten Definitionen dessen, was ein Kilogramm und ein Mol, ein Ampere und ein Kelvin sein sollen, Geschichte. Die Zukunft im Internationalen Einheitensystem sieht vielmehr so aus, dass von nun an Naturkonstanten die Hau ... mehr

    Die Messung der Avogadro-Konstante

    Seit dem 20. Mai 2019 ist die Masseneinheit Kilogramm nicht mehr durch den Internationalen Kilogramm-Prototypen definiert, sondern durch den Zahlenwert des Planck’schen Wirkungsquantums, der wichtigsten Fundamentalkonstante aus der Quantenphysik. Voraussetzung für diese Definition war die M ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Gavin O’Connor

    Gavin O'Connor wurde in Dublin geboren und schloss 1993 sein Diplom in Analytischer Chemie am Athlone Institute of Technology in Irland ab. In Großbritannien setzte er sein Studium der Analytischen Chemie bis zum Bachelor of Sciences fort, bevor er 1998 an der Universität Plymouth im Bereic ... mehr

    Dr. André Henrion

    André Henrion, Jahrgang 1957, studierte Chemie an der Humboldt-Universität zu Berlin, wo er 1988 mit einer Arbeit auf dem Gebiet der Physikalischen Organischen Chemie promovierte. Danach arbeitete er zunächst am Analytischen Zentrum der Akademie der Wissenschaften, bevor er 1992 zur PTB wec ... mehr

    Rüdiger Ohlendorf

    Rüdiger Ohlendorf, Jahrgang 1959, studierte Chemieingenieurwesen mit Schwerpunkt Instrumentelle Analytik an der Fachhochschule Münster. Nach Beschäftigungen am ISAS (Institut für Spektrochemie und Angewandte Spektroskopie) und bei der Schering AG wechselte er zur Physikalisch-Technischen Bu ... mehr