Massenkomparatoren

Die Masse ist eine physikalische Grösse und ein Mass für die Materialmenge, aus der ein Objekt besteht. Die Masse eines Objekts ist immer gleich, egal wo im Universum die Messung vorgenommen wird. Gewicht beschreibt die „Schwere“ eines Objekts und hängt von der auf dieses Objekt wirkenden Schwerkraft ab. Da die Schwerkraft von Ort zu Ort und an demselben Ort auch je nach Höhe variiert, müssen Waagen an ihrem Einsatzort justiert werden. Gewicht = Masse x Schwerkraft. So weist ein auf dem Mond gewogenes Objekt beispielsweise nur ein Sechstel des Gewichts auf, das es auf der Erde hat. Die Masse des Objekts ist jedoch konstant.

Ein Massenkomparator oder eine Massenkomparatorwaage ist ein gravimetrisches Messinstrument mit hoher Auflösung und aussergewöhnlicher Wiederholbarkeit, mit dem auch die kleinsten Massenunterschiede bestimmt werden können. Teilbereich-Massenkomparatoren ermöglichen das Wägen mit hoher Auflösung in einem „Fenster“ um einen definierten Gewichtswert und werden ausschliesslich für die Massenkalibrierung und -bestimmung für Massen innerhalb dieses Fensters eingesetzt. Vollbereich-Massenkomparatoren dagegen sind sehr vielseitig und können nicht nur zur Gewichtsbestimmung, sondern auch für allgemeine Wägeanwendungen eingesetzt werden, insbesondere mit kleinen Proben und hoher Taralast oder wenn grosse und kleine Probenmengen in einem Wägeprozess kombiniert werden sollen. Ihr Vertriebsmitarbeiter von METTLER TOLEDO vor Ort kann Ihnen eine kostenlose GWP^® Recommendation zur Verfügung stellen, um herauszufinden, welcher Massenkomparator am besten zu Ihren individuellen Anforderungen passt.

Im regulären Wägeprozess wird die Waage kalibriert und das Wägeresultat von jedem auf der Waage platzierten Element wird ab 0 g gemessen. Dieser Vorgang wird als „Absolutwägen“ bezeichnet. Der Massenvergleich wird für die Gewichtskalibrierung verwendet und ist eine spezielle Form des Differenzwägens, bei der der Referenzpunkt nicht die kalibrierte Waage ist, sondern das Referenzgewicht, mit dem das Prüfgewicht verglichen wird. Deshalb wird diese Waage auch als Massenkomparator bezeichnet. Bei der Kalibrierung eines Prüfgewichts muss das Referenzgewicht, mit dem es verglichen wird, mindestens eine Genauigkeitsklasse höher sein als das Prüfgewicht. Das Referenzgewicht muss allerdings auch mit einem anderen Gewicht in einer noch höheren Genauigkeitsklasse kalibriert werden. Diese Kette von Vergleichen ermöglicht die metrologische Rückführbarkeit auf die Definition des Kilogramms, die auf der Planck-Konstante basiert.

Massenkomparatoren werden hauptsächlich für die Massenkalibrierung verwendet. Manuelle Massenkomparatoren liefern für Gewichte mit niedrigeren Klassen, insbesondere für die Klassen M1 bis M3, F1 und F2 Resultate mit ausreichender Genauigkeit. Für Gewichte der Klassen E1 oder E2 wird die Verwendung von robotergestützten oder automatisierten Massenkomparatoren empfohlen, da die Messunsicherheit bedeutend geringer ist. Der Hauptgrund hierfür ist der fehlende Einfluss des Bedieners. In nationalen Instituten für Messtechnik – die sich kontinuierlich für Messungen mit der geringsten Messunsicherheit einsetzen – werden Vakuum- und Konstantdruck-Massenkomparatoren eingesetzt, da diese Messungen bei konstanten Bedingungen ermöglichen. Einflüsse auf die Messung wie die geographische Höhenlage, der Luftauftrieb oder die Wetterbedingungen können eliminiert werden. In nationalen Instituten für Messtechnik und Metrologieforschungszentren werden Massenkomparatoren für wissenschaftliche Untersuchungen zur Messung kleinster Änderungen der Masse oder Kraft eingesetzt.

Massenkomparatoren können neben den Anwendungen in der Metrologie auch in anderen Branchen verwendet werden, in denen die Leistung einer herkömmlichen Waage den Genauigkeitsanforderungen des Kunden oder der Anwendung nicht gerecht wird. Bei diesen Anwendungen werden Massenkomparatoren als Hochleistungswaagen bezeichnet. Zu den typischen industriellen Anwendungen gehören:

• Rezeptierung: bei niedrigen Toleranzschwellen und wenn das Wägen den sicheren Wägebereich einer Standardwaage überschreiten würde.
• Differenzwägen: wenn der Masseunterschied sehr klein ist und eine herkömmliche Waage keine verlässlichen Resultate erzielen kann (die Messunsicherheit im Vergleich zur gemessenen Massendifferenz zu hoch ist).
• Gasbefüllung: Schwere Gasflaschen werden mit einer relativ kleinen Menge Gas gefüllt.
• Abnutzung: Zum Testen von Schmiermitteln werden Getriebe auf Abnutzung analysiert, nachdem der Motor für eine bestimmte Zeit gelaufen ist.
• Kraftmessungen: Eine angewandte Kraft wird durch die Wägezelle ausgeglichen.

Massenkomparatoren und Waagen sind gleich aufgebaut und arbeiten nach denselben Prinzipien. Der Unterschied zwischen einem Massenkomparator und einer Waage liegt in der Leistung, insbesondere in der Ablesbarkeit und Wiederholbarkeit:

Diese Tabelle zeigt die Unterschiede in der Ablesbarkeit und Wiederholbarkeit bei einer Höchstlast von 1 kg:

Normale Laborwaagen werden durch die wichtigsten Leistungsmerkmale näher bestimmt: Wiederholbarkeit (repeatability - RP), Eckenlast (eccentricity - EC), Nichtlinearität (nonlinearity - NL) und Empfindlichkeit (sensitivity - SE). Da die Gewichtskalibrierung jedoch mithilfe des Differenzwägens durchgeführt wird, verfügen Massenkomparatoren zusätzlich über Angaben zur Differenzwäge-Wiederholbarkeit ABA (RP ABA).

Gemäss der Vorschriften ist eine Kalibrierung von Massenkomparatoren, die ausschliesslich zur Gewichtskalibrierung verwendet werden, nicht erforderlich. Der Grund hierfür ist, dass das Prüfgewicht mit dem Referenzgewicht verglichen wird und bereits das Referenzgewicht kalibriert wird. Hierdurch werden die Rückverfolgbarkeit zum BIPM und zur Definition des Kilogramms sichergestellt. METTLER TOLEDO empfiehlt jedoch eine regelmässige vorbeugende Wartung, um Ihre Investition zu schützen und eine durchgehend hohe Messleistung zu gewährleisten.

Wenn Massenkomparatoren für andere Anwendungen eingesetzt werden, müssen in jedem Fall dieselben Qualitätsstandards auf ihre XPR-C-Massenkomparatorwaage angewandt werden, die Sie auch für andere Analyse- oder Präzisionswaagen anwenden würden.

A dedicated mass calibration software helps to reduce errors in the mass lab due to the guided workflow and timing options. All results and measurements are automatically transferred from the mass comparator to the software, ensuring full traceability.  In addition, the customer-, weight- and document management possibilities reduce time spent on data management and increase the throughput of the calibration laboratory. Mettler Toledo offers all the mentioned benefits with its weight calibration software MC Link 2. 

Calibrating weights with a robotic mass comparator offers a range of significant benefits that enhance both efficiency and accuracy in laboratory settings.

Firstly, the system boosts efficiency and productivity by enabling uninterrupted calibration, allowing multiple weight sets to be processed continuously without the need for human interaction. This capability is further enhanced by the option for overnight processing, which maximizes lab productivity by utilizing non-working hours. Additionally, the robotic system ensures error-free measurements, as all weights are verified for their nominal values before any actual measurements take place, creating a streamlined and reliable process. Real-time updates via automated notifications, delivered through email or SMS, keep users informed about the status of calibration tasks.

In terms of accuracy, the integration of high-accuracy mass comparators with exceptional repeatability allows the calibration of the highest accuracy classes. The robotic system minimizes human influence, thereby reducing common errors associated with imprecise weight placement, inconsistent stabilization times, and the impact of body heat. Moreover, it offers the option for acclimatization delays, giving weights time to adjust before measurements are taken. Conducting measurements overnight also helps to mitigate the effects of short-term pressure changes and vibrations, providing a more stable environment for calibration.

The robotic mass comparator significantly reduces errors, as it automatically manages weighing results and environmental data, thus eliminating transcription mistakes. The software support available for importing complete measurement settings further diminishes the likelihood of errors occurring. Additionally, the risk of misplacing or losing weights—particularly smaller ones like wire and sheet weights—is substantially lowered.

When it comes to disseminating weights, the automated system provides seamless and efficient dissemination of weight sets, from 1 kg down to the smallest weights, ensuring complete traceability to the reference standard. In contrast, manual dissemination can be a time-consuming process involving numerous measurement groups, whereas automation streamlines this effort significantly.

Furthermore, the protection of valuable reference weights is enhanced through reduced abrasion during handling by the robotic system. This careful handling helps maintain their tolerance over a longer period, leading to extended calibration intervals and less downtime.

Finally, cost optimization is a key advantage, as the automation of the calibration process minimizes the risks associated with losing or mixing up weights, particularly smaller ones. This efficiency allows employees to concentrate on other valuable tasks while the robotic system manages calibration jobs automatically, resulting in optimized overall labor costs.

In summary, the use of a robotic mass comparator for calibrating weights not only increases efficiency and accuracy but also enhances the overall productivity and safety of laboratory operations.

Die Umgebungsüberwachung ist bei der Massenkalibrierung von entscheidender Bedeutung, da sie sicherstellt, dass Faktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck kontrolliert und dokumentiert werden. Schwankungen dieser Bedingungen können die Genauigkeit und Unsicherheit der Kalibrierergebnisse beeinträchtigen. Durch die kontinuierliche Überwachung dieser Umgebungsparameter können Unternehmen die Präzision ihrer Kalibrierungsaktivitäten verbessern.

Die Tabellen in unseren Datenblättern und Broschüren zur Gewichtskalibrierung gelten speziell für den Fall, dass sich das Kalibrierlabor unterhalb von vierhundert Metern über dem Meeresspiegel befindet. Befindet sich das Kalibrierlabor oberhalb dieser Schwelle, kann sich die Messunsicherheit aufgrund des größeren Beitrags der Auftriebsunsicherheit (Dichte des Gewichts) erhöhen. Wenden Sie sich an die Vertriebsmitarbeiter von METTLER TOLEDO, wenn Sie weitere Informationen benötigen.