Waagenmessgerät

Balance, Instrument zum Vergleichen der Gewichte zweier Körper, normalerweise zu wissenschaftlichen Zwecken, um den Unterschied in der Masse (oder im Gewicht) zu bestimmen.

Die Erfindung des Gleichgewichtsgleichgewichts geht mindestens auf die Zeit der alten Ägypter zurück, möglicherweise bereits 5000 v. Bei den frühesten Typen wurde der Balken in der Mitte abgestützt und die Pfannen mit Schnüren an den Enden aufgehängt. Eine spätere Verbesserung des Designs war die Verwendung eines Stifts durch die Mitte des Trägers für das zentrale Lager, der von den Römern zur Zeit Christi eingeführt wurde. Die Erfindung der Messerkanten im 18. Jahrhundert führte zur Entwicklung der modernen mechanischen Waage. Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts hatte sich die Waage in Europa zu einem der präzisesten Arten von Messgeräten der Welt entwickelt. Im 20. Jahrhundert wurden elektronische Waagen entwickelt, die eher von der elektrischen Kompensation als von der mechanischen Auslenkung abhängen.

Die mechanische Waage besteht im wesentlichen aus einem starren Balken, der als Drehpunkt an einer horizontalen zentralen Messerkante schwingt und dessen zwei Endmesserkanten parallel und äquidistant von der Mitte sind. Die zu wiegenden Lasten werden von an Lagern hängenden Pfannen getragen. Für die beste Konstruktion befinden sich zwei oder mehr zusätzliche Messerkanten zwischen dem Endlager und der Pfanne, eine, um ein Kippen der Ebene zu verhindern, und eine, um den Lastschwerpunkt an einem bestimmten Punkt an der Endmesserkante zu fixieren. Ein Arretierungsmechanismus verhindert Schäden während des Ladens, indem die Messerkanten von ihren Lagern getrennt werden. Die Ablenkung der Waage kann durch einen am Strahl angebrachten Zeiger angezeigt werden, der über eine abgestufte Skala läuft, oder durch Reflexion von einem Spiegel auf dem Strahl zu einer entfernten Skala.

Die naheliegendste Methode zur Verwendung einer Waage ist das direkte Wiegen. Das zu wiegende Material wird auf eine Pfanne gelegt, wobei auf der anderen Pfanne ausreichend bekannte Gewichte vorhanden sind, so dass sich der Strahl im Gleichgewicht befindet. Die Differenz zwischen dem Nullwert und dem Messwert bei geladenen Pfannen gibt den Unterschied zwischen den Belastungen in Skalenteilen an. Ein solches direktes Wiegen erfordert, dass die Arme gleich lang sind. Wenn der Fehler, der aus ungleichen Armen resultiert, größer als die erforderliche Genauigkeit ist, kann die Substitutionsmethode zum Wiegen verwendet werden. Bei diesem Verfahren werden einer Pfanne Gegengewichtsgewichte hinzugefügt, um die unbekannte Last auf der anderen auszugleichen. Dann wird die unbekannte Last durch bekannte Gewichte ersetzt. Diese Methode erfordert nur, dass die beiden Arme des Trägers während des Wiegens die gleichen Längen beibehalten. Jeder Effekt der Ungleichheit ist für beide Lasten gleich und wird daher eliminiert.

Kleine Quarz-Mikrowaagen mit Kapazitäten von weniger als einem Gramm wurden mit einer Zuverlässigkeit konstruiert, die viel größer ist als gewöhnlich bei kleinen Waagen vom Assay-Typ mit einem Metallbalken mit drei Messerkanten. Mikrowaagen werden hauptsächlich verwendet, um die Dichte von Gasen zu bestimmen, insbesondere von Gasen, die nur in kleinen Mengen erhältlich sind. Die Waage arbeitet normalerweise in einer gasdichten Kammer, und eine Gewichtsänderung wird durch die Änderung der Netto-Auftriebskraft auf die Waage aufgrund des Gases gemessen, in dem die Waage aufgehängt ist, wobei der Druck des Gases einstellbar ist und durch gemessen wird ein Quecksilbermanometer, das mit dem Waagengehäuse verbunden ist.

Die Ultramikrobalance ist eine beliebige Wiegevorrichtung, die dazu dient, das Gewicht kleinerer Proben zu bestimmen, als mit der Mikrowaage gewogen werden können, dh Gesamtmengen von nur einem oder wenigen Mikrogramm. Die Prinzipien, nach denen Ultramikrobalances erfolgreich konstruiert wurden, umfassen Elastizität in Strukturelementen, Verschiebung in Flüssigkeiten, Ausgleich durch elektrische und magnetische Felder und Kombinationen davon. Die Messung der Effekte, die durch die gewogenen Minutenmassen erzeugt werden, wurde durch optische, elektrische und nukleare Strahlungsverfahren zur Bestimmung von Verschiebungen sowie durch optische und elektrische Messungen von Kräften durchgeführt, die zur Wiederherstellung einer durch die gewogene Probe verursachten Verschiebung verwendet werden.

Der Erfolg traditioneller Waagen in der Neuzeit beruht auf den elastischen Eigenschaften bestimmter geeigneter Materialien, insbesondere Quarzfasern, die eine hohe Festigkeit und Elastizität aufweisen und relativ unabhängig von den Auswirkungen von Temperatur, Hysterese und unelastischer Biegung sind. Die erfolgreichsten und praktischsten Ultramikrowaagen basieren auf dem Prinzip des Lastausgleichs durch Aufbringen eines Drehmoments auf eine Quarzfaser. Ein einfaches Design verwendet eine starre Faser als horizontalen Balken, der in seiner Mitte von einer gestreckten horizontalen Quarz-Torsionsfaser getragen wird, die rechtwinklig daran abgedichtet ist. An jedem Ende des Balkens ist eine Pfanne aufgehängt, die sich gegenseitig ausgleicht. Die Durchbiegung des Strahls, die durch Hinzufügen der Probe zu einer Pfanne verursacht wird, wird durch Drehen des Endes der Torsionsfaser wiederhergestellt, bis sich der Strahl wieder in seiner horizontalen Position befindet und der gesamte Torsionsbereich in der hängenden Faser auf die Messung der Strahlung angewendet werden kann Last zu einer Pfanne hinzugefügt. Die für die Wiederherstellung erforderliche Torsionsmenge wird mit einem am Ende der Torsionsfaser angebrachten Zifferblatt abgelesen. Das Gewicht wird erhalten, indem die Waage gegen bekannte Gewichte kalibriert und der Wert aus der Kalibrierungstabelle von Gewicht gegen Torsion abgelesen wird. Im Gegensatz zu direkten Verschiebungswaagen, die nur auf der Elastizität der Bauteile beruhen, ermöglicht die Torsionswaage, dass die Schwerkraft die größte Komponente der Last, dh die Pfannen, ausgleicht, und führt zu einer stark erhöhten Tragfähigkeit.

Waagen des späten 20. Jahrhunderts waren normalerweise elektronisch und weitaus genauer als mechanische Waagen. Ein Scanner maß die Verschiebung der Pfanne, die das zu wiegende Objekt hält, und verursachte mittels eines Verstärkers und möglicherweise eines Computers die Erzeugung eines Stroms, der die Pfanne in ihre Nullposition zurückbrachte. Die Messungen wurden auf einem digitalen Bildschirm oder Ausdruck ausgelesen. Elektronische Wägesysteme messen nicht nur die Gesamtmasse, sondern können auch Eigenschaften wie Durchschnittsgewicht und Feuchtigkeitsgehalt bestimmen.