Torsion an einer Substititutionswaage

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.

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.

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