Physikalische Einflüsse
Stabilisiert sich die Gewichtsanzeige nicht, driftet das Resultat langsam in eine Richtung oder werden ganz einfach falsche Werte angezeigt, liegen die Ursachen häufig in unerwünschten physikalische Einflüssen.
Als häufigste Ursachen gelten:
- Einflüsse des Wägeguts
- Umgebungseinflüsse am Standort der Waage
- Feuchtigkeitsaufnahme oder -abgabe des Wägeguts
- Elektrostatisch geladene Wägegüter oder Gefässe
- Magnetische Wägegüter oder Gefässe
Im nachfolgenden Kapitel gehen wir näher auf diese Einflüsse ein,
erklären die Gründe dafür und beschreiben Massnahmen zur
Abhilfe.
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 Verbessern
Sie die Kontrolle über Ihren Wägeprozess und sparen Sie Kosten.
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Temperatur
 Problem
Die Gewichtsanzeige eines Wägegutes driftet in eine Richtung.
Mögliche Ursachen
Die Waage ist noch nicht lange genug an die Stromversorgung
angeschlossen.
Ein Temperaturgefälle zwischen Wägegut und Umgebung sorgt für
Luftströmungen entlang des Wägegefässes. Die am Gefäss entlang
streichende Luft erzeugt eine nach oben oder unten gerichtete Kraft.
Das Wägeresultat weicht daher vom richtigen Wert ab. Diesen Effekt
nennt man dynamischen Auftrieb. Er klingt erst ab, wenn sich ein
Temperaturgleichgewicht eingestellt hat. Es gilt: Ein kalter Gegenstand
erscheint schwerer ein warmer Gegenstand leichter. Dieser Effekt kann
speziell bei Rückwägungen mit Semimikro-, Mikro- und Ultramikrowaagen
zu Problemen führen.
Beispiel
 Mit folgendem
Experiment können Sie den dynamischen Auftrieb ausprobieren: Wägen Sie
einen Erlenmeyerkolben oder ein ähnliches Gefäss und notieren Sie das
Gewicht. Halten Sie das Gefäss ca. eine Minute in der Hand und
wiederholen Sie die Wägung. Wegen seiner höheren Temperatur und des
entstehenden Temperaturgefälles erscheint das Gefäss leichter.
(Handschweiss spielt bei diesem Test keine Rolle. Die Probe würde
dadurch sogar noch schwerer.)
Abhilfe
- Keine Proben direkt aus dem Trockner bzw. Kühlschrank wägen
- Wägegut an die Temperatur des Labors oder Wägeraums
akklimatisieren
- Probenbehälter mit Zange halten
- Nicht mit der Hand in den Wägeraum greifen
- Probengefässe mit kleiner Öffnung wählen
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Feuchtigkeitsaufnahme/Verdunstung
Problem
 Die
Gewichtsanzeige eines Wägegutes driftet permanent in eine
Richtung.
Mögliche Ursachen
Sie messen den Gewichtsverlust von flüchtigen Stoffen (z.B. die
Verdunstung von Wasser) oder die Gewichtszunahme hygroskopischer
Wägegüter (Feuchtigkeitsaufnahme aus der Luft).
Beispiel
Mit Alkohol oder Silika-Gel können Sie diesen Effekt nachstellen.
Abhilfe
 Verwenden Sie
saubere und trockene Wägegefässe und halten Sie die Wägeplattform frei
von Verschmutzungen oder Tropfen. Die Verwendung von Gefässen mit
kleinen Öffnungen schafft ebenso Abhilfe wie das Aufsetzen von Deckeln.
Verzichten Sie auf Kork oder Kartonunterlagen für Rundkolben. Diese
können in erheblichem Mass Feuchtigkeit aufnehmen oder abgeben.
Metallische Dreieckshalter oder die entsprechenden „ErgoClips“ für die
Excellence und Excellence Plus Waagenfamilie verhalten sich dagegen
neutral.
Bei einer größeren Öffnung der Wägegefässe steigt das Risiko von
Messfehlern durch Verdunstung oder Kondensation.
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Elektrostatik
 Problem
Die Wägung zeigt jedes Mal ein anderes Ergebnis an. Die Gewichtsanzeige
driftet; sie lässt sich kaum wiederholen.
Mögliche Ursachen
Ihr Wägegefäss oder die Probe hat sich elektrostatisch aufgeladen.
Materialien mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit wie etwa Glas,
Kunststoffe, Pulver oder Granulate können elektrostatische Ladungen
nicht, oder nur sehr langsam (über Stunden) abfliessen lassen.
Ausgelöst wird die Aufladung in erster Linie durch Berührung oder
Reibung während der Behandlung bzw. des Transports von Behälter oder
Material. Trockene Luft mit einer Luftfeuchte unter 40 % erhöht das
Risiko dieses Effektes.
Die Wägefehler entstehen durch die elektrostatische Kraft zwischen dem
Wägegut und der Umgebung. Dies kann vor allem bei Mikro-, Semimikround
Analysenwaagen zu den geschilderten Wägeabweichungen führen.
Beispiel
Ein sauberes Glas oder Kunststoffgefäss, das mit einem Baumwolltuch
leicht gerieben wird, zeigt diesen Effekt sehr deutlich.
Abhilfe
 Luftfeuchte
erhöhen. Das Problem tritt bevorzugt im Winter in beheizten Räumen auf.
In klimatisierten Räumen kann die entsprechende Einstellung der
Klimaanlage Abhilfe (45-60 % rel. Feuchte) erwirken.- Elektrostatische Kräfte abschirmen
Stellen Sie das Wägegefäss in einen metallischen Halter.
- Andere Wägegefässe verwenden
Kunststoff und Glas laden sich schnell auf und sind daher ungünstig.
Metall ist besser geeignet.
- Antistatik-Pistolen verwenden.
Die im Handel erhältlichen Produkte sind allerdings nicht in
allen
Situationen wirkungsvoll.
- Externe oder interne Antistatik Kit’s von METTLER TOLEDO
verwenden.
Bemerkung: Waage und damit auch die Waagschale sollten immer geerdet
sein. Alle METTLER TOLEDO Waagen mit dreipoligen Netzsteckern sind
automatisch geerdet.
 TIPP: Der
Taragefässhalter “ErgoClip Basket” leitet Elektrostatik optimal ab und
verhindert somit die beschriebenen Probleme wirkungsvoll bei Tubes und
Reagenzgläsern.
Magnetismus
 Problem
Ein Wägegut liefert je nach Position auf der Waagschale
unterschiedliche Messergebnisse. Das Resultat lässt sich kaum
wiederholen. Die Anzeige bleibt aber stabil.
Mögliche Ursachen
Sie wägen ein magnetisches Material. Magnetisierte und magnetisch
permeable Gegenstände ziehen einander gegenseitig an. Die entstehende
zusätzliche Kraft wird fälschlicherweise als Last interpretiert.
Praktisch alle Gegenstände aus Eisen (Stahl) sind magnetisch stark
permeabel (ferromagnetisch).
Abhilfe
 Wenn möglich,
schirmen Sie magnetische Kräfte ab, indem das Wägegut z.B. in ein
Gefäss aus Mu-Metall-Folie gelegt wird. Da die Kraft mit wachsendem
Abstand abnimmt, hilft auch, das Wägegut mittels einer unmagnetischen
Unterlage weiter von der Waage zu entfernen (z.B. Becherglas,
Aluminiumständer). Dieselbe Wirkung hat eine
Gehängedurchführung.
Diese so genannte Unterflurwägevorrichtung ist bei den meisten METTLER
TOLEDO Mikro-, Semimikro-, Analysen- und Präzisionswaagen
standardmässig integriert. METTLER TOLEDO verwendet vorzugsweise
nichtmagnetische Werkstoffe, um diesen Effekt von vorne herein
auszuschliessen.
TIPP: Zum Wägen von
mittleren und grossen Magneten mit Präzisionswaagen empfehlen wir
zusätzlich eine “MPS-Waagschale” (Magnetic- Protection-System). Für
Analysenwaagen empfehlen wir, einen Dreieckshalter zu verwenden. Er
vergrössert den Abstand des Magneten zur Waagschale. Für Waagen der
Linie Excellence und Excellence Plus bieten wir dafür spezielle
“ErgoClips”.
Taragefässhalter “ErgoClip Flask” für Waagen der Linie Excellence
und Excellence Plus.
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Statischer Auftrieb
Effekt
 Ein Wägegut besitzt an der Luft und im
Vakuum nicht das gleiche Gewicht.
Grund:
«Das Gewicht eines Körpers ist gleich dem Gewicht des von ihm
verdrängten Mediums» (Gesetz des Archimedes). Mit diesem Gesetz lässt
sich erklären, warum ein Schiff schwimmt, ein Ballon fliegt oder die
Gewichtsanzeige eines Wägeguts vom Luftdruck abhängig ist.
Das Medium, das unsere Wägegüter umgibt, ist Luft. Die Luftdichte
beträgt etwa 1.2 kg/m3 (abhängig von Temperatur und Luftdruck). Der
Auftrieb des Wägegutes (Körpers) beträgt also 1.2 kg pro Kubikmeter
seines Volumens.
Beispiel
Legen wir eine 100 g Referenzmasse in ein Becherglas auf eine
Balkenwaage und füllen anschliessend in ein gleiches Becherglas auf
der anderen Waagschale soviel Wasser ein, bis der Wägebalken im
Gleichgewicht ist, so haben beide Wägegüter, in Luft gewogen, das
gleiche Gewicht. Verschliessen wir danach die Balkenwaage mit einer
Glasglocke und erzeugen darin ein Vakuum, neigt sich der Wägebalken auf
die Seite mit dem Wasser, da das Wasser wegen seines grösseren Volumens
mehr Luft verdrängt und somit einen grösseren Auftrieb erfahren hatte.
Im Vakuum entfällt nun dieser Auftrieb. Es befinden sich also im Vakuum
mehr als 100 g Wasser auf der rechten Seite.
 Abhilfe
Die Empfindlichkeit der Waage wird mit Referenzgewichten der Dichte 8.0
g/cm3 justiert. Werden Wägegüter mit davon abweichender Dichte
eingewogen, entsteht ein Luftauftriebsfehler. Besteht der Anspruch auf
grosse relative Messgenauigkeit, empfiehlt es sich, das angezeigte
Gewicht entsprechend zu korrigieren.
Bei Wägungen an verschiedenen Tagen wie z. Bsp. Rückwägungen oder
Vergleichswägungen sollten Sie Luftdruck, Luftfeuchte und Temperatur
kontrollieren und die Luftauftriebskorrektur wie folgt berechnen:
- Luftdichte berechnen
- Masse des Wägegutes bestimmen (Luftauftrieb korrigieren)
Beispiel
Anzeige der Waage 200.0000 g
Luftdruck 1018 hPa
Relative Luftfeuchte 70 %
Temperatur 20 °C
Dichte des Wägegutes 2600 kg/m3
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Gravitation
 Effekt
Ändert sich die Höhe, erhält man andere Wägewerte. So ändert sich
zum Beispiel die Gewichtsanzeige, wenn eine Wägung 10 m höher erfolgt
(Wechsel vom 1. Stockwerk in das 4. Stockwerk eines Gebäudes).
Grund
Zur Bestimmung der Masse eines Körpers misst die Waage die
Gewichtskraft, d.h. die Anziehungskraft (Gravitationskraft) zwischen
der Erde und dem Wägegut. Diese Kraft ist im Wesentlichen von der
geografischen Breite des Aufstellungsorts und von der Höhe über dem
Meeresspiegel (Abstand vom Erdzentrum) abhängig.
 Dabei gilt:
- Je weiter ein Gewicht vom Erdzentrum entfernt ist, desto kleiner
wird die darauf wirkende Gravitationskraft. Sie nimmt mit dem Quadrat
der Entfernung ab.
- Je näher ein Ort am Äquator liegt, desto grösser ist die
Zentrifugalbeschleunigung, die er durch die Erddrehung erfährt. Die
Zentrifugalbeschleunigung wirkt der Anziehungskraft (Gravitationskraft)
entgegen.
Die Pole sind am weitesten vom Äquator entfernt und haben den
geringsten Abstand zum Erdzentrum. Hier ist die auf eine Masse wirkende
Kraft am grössten.
Beispiel
Bei einem 200 g Gewicht, das im 1. Stockwerk genau 200.00000 g
anzeigt, ergibt sich folgende Gewichtsveränderung im 4. Stockwerk (10 m
höher):
Abhilfe
Nivellieren und justieren Sie die Waage nach jedem Standortwechsel
vor dem ersten Gebrauch.
TIPP: Waagen mit
eingebautem “FACT” (vollautomatische motorische Selbstjustierung)
führen diese Justage selbstständig durch. METTLER TOLEDO Waagen der
Reihe Excellence und Excellence Plus haben “FACT” serienmässig
integriert. |
