http://www.tu-ilmenau.de

Logo TU Ilmenau


Contact

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Lena Zentner

Fachgebietsleiterin

Téléphone +49 3677 69-1779

Envoyer e-mail

INHALTE

„Quantenmechatronik in der Kraftmess- und Wägetechnik (QuMeT)“

Stand der Forschung

Massekomparatoren sind derzeit die genauesten Präzisionswägesysteme, um Massenormale an die Definition der Einheit Kilogramm (Urkilogramm) anzuschließen. Sie sind heute und zukünftig erforderlich, um weltweit eine präzise Maßverkörperung der Masse für Wissenschaft und Wirtschaft zu ermöglichen. Sie markieren die gegenwärtigen Grenzen der Kraftmess- und Wägetechnik. Weitere Leistungssteigerungen hängen wesentlich von der Reduzierung der Unsicherheit der elektromagnetischen Kraftkompensation (EMK), welche in den Komparatoren genutzt wird und vom gesamten System aus Krafteinleitung, Lastwechsler und Mess- und Regelungselektronik ab.
Die Grenzen der Leistungsfähigkeit von Massekomparatoren wurde bereits von mehr als zwei Jahrzehnten in Form von gleicharmigen Balkenwaagen analysiert und eine erreichbare relative Standardunsicherheit von 10-12 für Vergleiche von 1kg-Massenormalen postuliert. Dennoch gibt es bis heute keinen Massekomparator, der dies tatsächlich erreicht. Eine am BIPM gebaute, nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation funktionierende, gleicharmige Balkenwaage erreichte eine relative Standardunsicherheit für 8 Massevergleiche zwischen 1,4∙10-10 und 5∙10-11. Kommerzielle Geräte, wie beispielsweise die beiden 1kg-Massekomparatoren CCL1007 (Fa. Sartorius) und M-one (Fa. Mettler), sind als nichtgleicharmige Balkenwaagen mit einem Parallelfederkrafteinleitungssystem nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation (EMK) ausgeführt und erreichen eine relative Standardabweichung von 2∙10-10 bzw. 3∙10-10 (200 bzw. 300 Nanogramm).

Zielstellung

Das gemeinsame langfristige Ziel der Forschungsgruppe ist es, in die physikalischen Grenzbereiche der Präzisionswägetechnik vorzudringen. Störende Einflüsse und Effekte sollen grundlegend untersucht, modelliert und darauf aufbauend konstruktiv, regelungstechnisch und elektronisch beherrscht werden. Auf diesen Grundlagen wird eine relative Standardabweichung der Massedifferenzen von 5∙10-12, also 5 Nanogramm, für Vergleiche von 1 kg-Massenormalen angestrebt. Aktuell werden hier 50 Nanogramm erreicht. Das Ziel ist also eine Reduktion der Standardabweichung um einen Faktor 10. Hierfür besteht ein sehr hoher Bedarf sowohl für die praktische Weitergabe der SI-Einheit Kilogramm als auch für Grundlagenuntersuchungen nach einer möglichen Neudefinition.

Projektlaufzeit

01.01.2018 - 31.12.2021

Förderung

Dieses Projekt wird gefördert durch die Carl-Zeiss-Stiftung