Bei Waagen werden Toleranzen die im Einsatz unter normalen Bedingungen vorkommen, in eine reproduzierbare Abweichung und eine lineare Abweichung unterteilt.
Beides zusammen ergibt die Toleranz, mit der Sie als Messfehler beim Einsatz rechnen müssen.
Überschreitet die maximal mögliche Toleranz einer Waage die Fehlergrenze die für Ihre Anwendung relevant ist, wäre das Modell für Ihre Anwendung nicht ausreichend genau.
Die Toleranzen einer Waage werden abgekürzt als "d" angegeben. "1 d" steht dabei für 1 Ablesbarkeitsschritt einer Waage, bzw. "3 d" für 3 Ablesbarkeitsschritte.
Die Reproduzierbarkeit:
Kurzform:
Wenn Sie ein Gewicht mehrfach nacheinander aufsetzen darf die Streuung der Anzeige diesen Wert nicht übersteigen.
Als Beispiel: Auf einer Waage die bis 100g mit 0,01g Schritten arbeitet und die laut Datenblatt eine angegebene Reproduzierbarkeit von ± 1d besitzt, darf die Waage nach dem Anzeigen von 10,00g nach dem hochheben und erneuten aufsetzen des selben Gegenstands auch 9,99g oder 10,01g anzeigen.
Auf einer 100g/0,01g Waage mit einer Reproduzierbarkeit von ± 10d wären auch 9,90g oder 10,10g möglich.
Ermittelt wird die Reproduzierbarkeit durch eine Messung von z.B. 10 Wiederholungen, das Ergebnis kann dann z.B. so aussehen:
Der berechnete Mittelwert aus den 10 Ergebnissen liegt bei 1,005g. Von da aus streut die Waage um 3 Messchritte nach unten sowie 3 Messchritte nach oben, die ermittelte reproduzierbare Abweichung liegt bei ± 3 d.
Der Mittelwert dieser 10 Ergebnisse (in diesem Beispiel Fall 1,005g) ist der Punkt, den wir für die folgende Prüfung der Linearität verwenden:
Die Linearität:
Kurzform: Wie weit darf die Anzeige der Waage von dem tatsächlichen Gewicht abweichen.
Stellen Sie sich den Idealen Messverlauf einer Waage wie eine gerade Linie vor, in der Skizze ist dies mit der schwarzen Linie verdeutlicht. Ganz unten befindet sich der „0“-Punkt, das heißt es befindet sich kein Gewicht auf der Wägefläche. Ganz oben rechts befindet sich der Punkt der maximalen Kapazität, an dem die Waage mit z.B. 100g belastet ist:
Im Alltag wird die Waage jedoch ehr wie in der roten Linie ersichtlich arbeiten und teilweise etwas mehr bis etwas weniger Gewicht anzeigen. Das ist technisch bedingt und liegt am Aufbau einer Wägezelle mit Dehnungsmesstreifen, der Messtechnik mit der die meisten Waagen weltweit arbeiten.
Als kurze Erklärung: Die Wägezelle ist ein Block aus Aluminium, in den eine spezielle Form eingefräst ist. Auf einer Seite ist die Wägezelle unten im Gehäuse der Waage verschraubt, die andere Seite ist mit der Wägefläche verbunden. Wird eine Last aufgelegt verformt sich die Wägezelle an den 4 blau markierten Punkten, dort sind Dehnungsmesstreifen an dem Aluminiumkörper angebracht, um die Verformung zu messen.
(Bildhinweis: Photoshopmontage zur Veranschaulichung, bei einer so starken Verformung wäre die Wägezelle bereits irreparabel beschädigt!)
Der übliche Bereich in dem sich eine Wägezelle bei maximaler Belastung verbiegt, ist etwa 1 Millimeter.
Wird eine 100g Waage mit 50g belasten müsste sich die Wägezelle also um 0,5mm durchdrücken. Bei 25g um 0,25mm usw… Nehmen Sie bei einer mit 100g belasteten Waage 50g ab, muss die Wägezelle das verbleibende Gewicht um 0,5mm nach oben drücken und nach dem kompletten Entfernen des Gewichts wieder in den ursprünglichen Zustand zurück federn.
Je genauer die Waage das Gewicht aus dieser Verformung berechnen muss, desto hochwertiger muss die Wägezelle verarbeitet sein.
Als Beispiel: In einer ungenauen 100g/1g Waage muss der eine Millimeter in 100 Messbereiche unterteilt werden. Die DMS-Sensoren an dem Aluminiumkörper müssen alle 0,01 mm einen neuen "Messchritt" erkennen.
Bei einer Waage die bis 100g mit 0,001g Schritten arbeitet kann, sind die Bereiche deutlich kleiner und es werden nun alle 0,00001 mm ein neuer Messchritt erkannt.
Hier liegt dann das Problem: Materialbedingt kann es immer wieder Stellen in der Wägezelle geben an denen diese etwas mehr oder weniger stark nachgibt. Das heißt bei 80g drückt sich diese nicht um perfekte 0,8000 mm durch, sondern um 0,8005mm. Auf einer 100g/1g Waage merkt man davon nichts. Bei einer Waage die den einen Millimeter in in 100.000 Messchritte aufteilt (100g/0,001g), liegt der Fehler aber bei 50 Ablesbarkeitsschritten.
Ermittelt wird die Linearität mit einer Messreihe aus stetig schwerer werdenden Gewichtsstücken über den kompletten Messbereich. Daraus kann man am Ende eine Kurve erstellen, die wie oben in der Grafik aussieht.
Der Punkt an dem die Waage am weitesten von dem tatsächlich aufliegenden Gewicht abweicht, wird als „Linearität“ in Ablesbarkeitsschritten * d angegeben.
Hinweis: Die genannte Verformung von etwa einem Millimeter ist der normale Arbeitsbereich der meisten DMS Wägezellen bei maximaler Belastung, auch wenn die Waage nicht für 100g sondern für 100kg ausgelegt ist. In dem Fall ist die Wägezelle natürlich deutlich massiver gebaut und es wird mehr Kraft benötigt um die Wägezelle über den gleichen Messbereich zu verformen.
Weitere Messfehler durch Umwelteinflüsse
Aber: Beachten Sie, dass jede Waage das Ergebnis nur so gut ausgeben kann wie die örtlichen Bedingungen es zu lassen. Einflüsse durch die Temperatur, ein wackliger bzw. nachgebender Untergrund, Luftbewegungen, Strahlung von Elektrogeräten und statische Aufladung des Wägeguts können schnell zu einer Veränderung des Messsignals und Fehlern führen, die ein vielfaches der normalen Toleranz der Waage ausmachen.
Weitere Informationen dazu finden Sie hier:
Messfehler durch Umwelteinflüsse