Messfehler durch Umwelteinflüsse

G&G GmbH
2021-04-30 15:44:00 / Beratung und Informationen / Kommentare 0

Damit man die Fehler genau versteht, ist zunächst ein wenig Theorie zum grundlegenden Aufbau einer Digitalwaage kennen lernt. Alle G&G Waagen nutzen dabei die DMS-Technik als Messprinzip (mit Ausnahme der Analysenwaagen der JJ-BC und JJ-BF Baureihe).

Der grundlegende Aufbau einer DMS-Waage: Von der Elektronik wird eine Spannung in die Wägezelle geleitet. 
Die Wägezelle selbst besteht aus einem Block aus Aluminium, der sich bei der Belastung zunehmend stark verformt, wie eine Feder die bei zunehmender Belastung immer weiter zusammen gedrückt wird. Auf dem Aluminiumblock befinden sich die eigentlichen Sensoren: Dehnungsmesstreifen, die bei zunehmender Belastung ebenfalls zusammen gedrückt oder auseinander gezogen werden (je nach Position und Belastung). 
Dabei verändert sich der Leitungswiderstand in den Sensoren, je stärker die Belastung, desto größer wird der Widerstand. Der hat Einfluss auf die Spannung, je höher der Widerstand, desto mehr wird die Spannung abgeschwächt. Dann fließt diese Spannung zurück in die Elektronik der Waage, wo aus einer Berechnung zwischen Eingang- und Ausgang die Stärke der Belastung ermittelt wird. Die eigentlichen Sensoren befinden sich bei den Wägezellen unter der weißen Gummischicht:

Die Waage kann also durch alles gestört werden, das entweder direkten Einfluss auf die Spannung des Messsignals nimmt, auf die Stärke der Verformung der Wägezelle oder auf den Widerstand in den DMS-Sensoren.

1. Temperatur:
Wie Sie wissen, dehnt sich Metall bei Wärme aus und zieht sich bei Kälte zusammen. Mit dem bloßen Auge nicht sichtbar, aber messbar. Aus dem Grund befinden sich vor Brücken Dehnungsfugen, die Brücke kann sich verformen ohne einzustürzen oder Risse zu bekommen.
Das gleiche passiert auch im inneren der Waage. Mit dem bloßen Auge nicht sichtbar, aber Messbar. In allen Bauteilen, der Wägezelle selbst sowie in allen elektronischen Bauteilen.
Je wärmer die Wägezelle wird, desto länger wird Sie. Und je länger die Wägezelle wird, desto größer ist die Hebelwirkung die ein aufliegendes Gewicht besitzt und damit die Wirkung einer auf der Wägezelle liegenden Masse.

Auch die elektronischen Bauteile und dadurch das Messsignal selbst wird durch die Temperatur beeinflusst. Jeder Draht, Stecker und Kabel besitzt einen eigenen Leitungswiderstand. Diese "Grundlast" lernt die Waage im normalfall während der Justierung kennen und wirkt sich nicht auf das Ergebnis aus. Aber: Je wärmer die Bauteile werden, desto größer wird der Widerstand der im Inneren des Bauteils entsteht. Nutzbar ist dieser Effekt z.B. bei einem digitalen Thermometer, das vom Aufbau ganz ähnlich wie eine digitale Waage arbeitet. Der Strom fließt durch ein Kabel, je wärmer es wird, desto größer wird der Leitungswiderstand. Aus dem Unterschied zwischen Ein- und Ausgang ermittelt das Thermometer das Gewicht. Der gleiche Effekt tritt in allen Bauteilen der Waage ein, jedoch ungewollt. 

Beides zusammen führt dazu:
Wenn Sie ein Gewicht bei 20°C auf die Waage stellen und den Raum auf 50°C erwärmen, wird die Anzeige aufgrund des „Temparaturdrifts“ weg laufen. Sie können die Waage nun erneut justieren und die Waage auf „50°C“ einstellen. Wird es wieder kälter tritt der gleiche effekt Rückwärts ein.

Professionelle Labor- oder Messräume sind daher klimatisiert und es wird ganzjährig eine bestimmte Temperatur gehalten. Wo das nicht möglich ist (also generell bei allen Privatpersonen):
Wir empfehlen die Waage mindestens 15 Min. vor der Nutzung einzuschalten (Die el. Bauteile werden sich leicht erwärmen sobald Strom durch fließt, es entsteht der gleiche Fehler und die Waage kann frisch eingeschaltet weglaufen). Anschließend vor der eigentlichen Nutzung justieren und in Räumen mit größeren Temperaturschwankungen oder bei lang andauernden Messreihen ggf. periodisch während eines Durchgangs.
Alternativ: Baureihe JJ-BF, eine JJ-BC mit einem im Gehäuse eingebauten Justiergewicht. Bei einer Änderung von 1,5°C oder nach spätestens 3 Stunden wird die Justierung automatisch ausgelöst, mittels eines Elektromotors wird das Gewicht unter die Wägefläche gehängt und nach der Justierung wieder entfernt (Aufpreis ca. 120 €). Das hilft eine sich „einschleppende“ Abweichungen zu vermeiden.