Einfluss der Elektrostatik auf das Wägeergebnis

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Die Wägezelle erfasst die vertikale Komponente dieser Kraft und gibt ein Ergebnis aus, das den tatsächlichen Wert der Masse übersteigt. Dieser Fall wird in Abbildung 4 veranschaulicht. Das elektrostatische Feld ändert aufgrund der auf der Elektrode erzeugten negativen Ladungsträger sein Signal in der darauffolgenden Halbwelle. So kommt es jetzt zu einer gegenseitigen Abstoßung zwischen dem Wägegut und der Elektrode (s. Abb. 5) und das ausgegebene Messergebnis entspricht einem geringeren Wert, als dem der tatsächlichen Masse. Mit einem Trägerfrequenzverstärker und einer adäquaten Signalverarbeitung kann das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden. Dadurch kann der Sensor die Anregungsfrequenz der Ladungserzeugung korrekt messen. So können mithilfe dieser Messmethode die extrem kleinen Störkräfte gemessen werden, die in nur wenigen Sekunden durch statische Elektrizität verursacht werden, ohne dabei den Anwender zu beeinträchtigen oder zu behindern. Der potenzielle Messfehler ergibt sich aus der Differenz zwischen den zwei Werten und der Anwendung eines Korrelationsfaktors. Abbildung 6 zeigt Messungen, die diese Beziehung veranschaulichen.

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Interview: Kontinuierlich richtige Werte

LABORPRAXIS: Welche Faktoren können das Wägeergebnis neben der elektrostatischen Aufladung noch beeinflussen?

Dr. Klaus Fritsch: Waagen sind hochgenaue Messgeräte; man kann sich auf die Resultate auch bei kritischen Wägeprozessen verlassen, wenn stabile Umgebungsbedingungen vorhanden sind oder kritische Einflussfaktoren wirksam abgeschirmt werden. Temperatur, Magnetismus oder Vibrationen sind solche Beispiele. Durch die Wahl eines geeigneten Aufstellungsortes, etwa in einem speziellen Wägeraum, und durch die Verwendung von Wägetischen, können Vibrationen effizient minimiert werden. Darüber hinaus sind unsere Waagen natürlich mit intelligenten Softwarefiltern ausgestattet, die diese Einflüsse wirksam reduzieren. Die Vermeidung von Luftzug ist ebenfalls wichtig. Gerade in Abzugskabinen können Zubehörteile wie etwa ein doppelter Windschutz, oder die Verwendung von Dosiersystemen wie unser innovatives Quantos-System zur automatischen Dosierung von Feststoffen und Lösungsmitteln, kritische Luftbewegungen wirksam abschirmen.

LABORPRAXIS: Moderne Waagen nehmen Anwendern viele Arbeiten ab. Lauert hier nicht auch eine Gefahr, dem richtigen Wägen zu wenig Aufmerksamkeit zu widmen?

Dr. Klaus Fritsch: Es ist nach wie vor entscheidend, dass der Bediener der Waage entsprechend ausgebildet wird. Dies wird auch von GMP verlangt und in Audits überwacht. Unsere Außendienst-Mitarbeiter und Servicetechniker sind bei der Know-how-Vermittlung gerne behilflich. Die intelligenten Funktionen unserer Waagen, wie zum Beispiel das grüne Statuslicht bei unseren neuen XPE- und XSE-Waagen, ermöglichen es dem Anwender, sich auf das Wesentliche im Laboralltag zu konzentrieren, fehlerfrei zu wägen, Zeit zu sparen und dadurch die Produktivität nachweislich zu steigern. Wir stellen auch fest, dass es für den Anwender motivierend ist, mit modernen und innovativen Waagen zu arbeiten.

LABORPRAXIS: Was sollte der Anwender für das optimale Wägeergebnis beachten?

Dr. Klaus Fritsch: Es ist entscheidend, dass die Waage kontinuierlich genaue Wägeresultate liefert. Dafür muss die kleinste Nettoeinwaage des Anwenders größer sein als die so genannte Mindesteinwaage, die vom Servicetechniker im DKD-Kalibrierschein oder dem USP-Zertifikat bestimmt wird. Wegen der Umgebungseinflüsse ist die Mindesteinwaage keine statische Größe, sondern variiert über die Zeit, und die Wahl eines geeigneten Sicherheitsfaktors ist entscheidend. Hier haben wir mit GWP, unserem globalen Wägestandard, einen Quantensprung gemacht. Wir beraten unsere Kunden, wie durch eine effiziente Prüfmittelüberwachung die Qualität des Wägeprozesses optimiert wird, aber andererseits auch Kosten eingespart werden können. Häufig werden Waagen zu oft und zum Teil auch unter Anwendung unpassender Kriterien geprüft. Das wird bei Anwendung von GWP vermieden – Qualität und Kosten werden vereinbar.

Fazit: Äußere Einflüsse auf den Wägeprozess minimieren

Analytische Wägesysteme werden durch zahlreiche Einwirkungen beeinflusst, die Messungenauigkeiten mit sich bringen. Zu diesen Einflüssen gehören Luftströme, Temperaturunterschiede und, wie hier veranschaulicht, elektrostatische Ladungen. Geringe Probenmassen mit relativ großen Isolierbehältern sind äußerst empfindlich für das beschriebene Phänomen. Mettler-Toledo löst dieses Problem mit der neuen Static-Detect-Technologie und bietet dem Anwender zum ersten Mal ein integriertes elektrostatisches Detektionssystem. Die automatische Erkennung von Störungen, die durch elektrostatische Ladungen ausgelöst werden, gestaltet den Waagenbetrieb einfacher und zuverlässiger und stellt einen bedeutenden Fortschritt dar. Weitere neue intelligente Sicherheitsfunktionen überwachen kontinuierlich den Waagenstatus, um die Genauigkeit der Resultate zu jedem Zeitpunkt zu gewährleisten. Dank der neuen Status-Light-Funktion sieht der Anwender auf einen Blick, ob er grünes Licht für seinen Wägeprozess hat.

* P. Ryser:Laboratoire de Production Microtechnique (LPM), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), 1015 Lausanne/Schweiz

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