TU Braunschweig

Symbolfoto

Pförtner, D. M.:
Wägen in zehn Millisekunden.
Dissertation, Technische Universität Braunschweig, Institut für Regelungs- und Automatisierungstechnik, VDI Verlag Düsseldorf, 2000.

Kurzfassung:

Bei den gravimetrischen Vrfahren zur Massebestimmung wird die Gewichtskraft des Wägegutes üblicherweise mit Hilfe einer Meßfeder in einen leicht direkt meßbaren Weg umgeformt. Probleme erbegen sich dann, wenn die Wägung extrem schnell durchgeführt werden soll, weil der Einschwngvorgang eines mechanischen Systems grundsätzlich eine gewisse Zeitdauer in Anspruch nimmt. Auch die Verwendung von Filtern schafft hier nur begrenzt Abhilfe, weil immer mindestens eine, besser mehrere Signalperioden verstreichen müssen, bis der stationäre Endwer des Einschwingvorganges ermittelt werden kann. Eine Versteifung der Meßfeder hat eine kürzere Periodendauer des Systems und damit auch kürzere Filterzeiten zur Folge. Allerdings sinkt hierbei auch die Meßfederauslenkung - welche als Maß für die zu messende Gewichtskraft dient - in extremen Fällen auf Werte im Nanometerbereich und erschwert so eine präzise Messung.

Die schnellsten derzeit verfügbaren Waagen sind in der Lage, einen Wägevorgang innerhalb von wenig mehr als als hundert Millisekungen durchzuführen. Damit sind im Idealfall bei verzögerungsfreier Abfolge der Wägegüter bis zu zehn Wägungen pro Sekunde möglich. Unter anderem in der Pharmaindustri besteht allerding der Bedarf nach Waagen, die vierzig und mehr Objekte je Sekunde wägen können. Eine Lösung dieses Problems gelingt zur Zeit nur durch den sehr kostenintensiven Paralleleinsatz von bis zu dreizehn Schnellwaagen.

In der vorliegenden Arbeit wurden zwei bekannte Prinziepien der Wägetechnik - die Zentrifugalwaage und die kapazitive Wägezelle - miteinander zu einer neuartigen Lösung verbunden. Dieser Ansatz wurde theoretisch untersucht und praktisch in Form einer Versuchswaage realisiert. Dem Wägegut wird im entstandenen Wägesystem mit Hilfe einer speziellen Vorrichtung eine Kreisbahnbewegung aufgezwungen. Dieses Verfahren ermöglicht aufgrund höherer Meßkräte eine sehr viel steifere Auslegung der Meßfeder und damit die Realisierung höheherer Eigenfrequenzen bei gleichzeitiger Erzielung ausreichender Verformungswege.

Auf diese Weise ist es gelungen, die Wägezeiten um eine volle Zehnerpotenz auf zehn Millisekungen zu reduzieren. Eine Massebestimmung ist nach Untersuchungen unter idealisierten Bedingungen mit einer Unschärfe von +-0,5mg möglich. Dieses Potential ließ sich unter realen Bedingungen bei der Wägung von Hartgelatinekapseln, bedingt durch auf die schnell bewegten Wägegüter wirkende Störeinflüsse, nicht voll ausschöpfen. Hier liegt die Unschärfe zwischen +-5,6 mg bei kleineren und +-8,2 mg bei größeren Objekten.


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