PTB erhält neue Prototypwaage

Generationswechsel auf dem Gebiet der hochauflösenden 1-kg-Massekomparatoren

Nach über 17-jährigem Einsatz wird die bisher als Prototypwaage genutzte Kompara-torwaage der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig durch einen hochauflösenden 1-kg-Vakuum-Massekomparator der neuesten Generation abgelöst. Er ermöglicht noch genauere Massebestimmungen. Erstmals ist die PTB damit in der Lage, die Masse von 1-kg-Siliziumkugeln auch im Vakuum zu ermitteln, was im Rahmen des Avogadro-Projekts zur Neudefinition der SI-Basiseinheit Kilogramm von Bedeutung ist.

Für die Weitergabe der Einheit der Masse und den Aufbau der Masseskala sind Prototypwaagen von besonderer Bedeutung. Auf ihnen werden 1-kg-Masse-Hauptnormale aus Edelstahl an das nationale Kilogrammprototyp aus Platin-Iridium angeschlossen. Zusätzlich wird diese Waage in der PTB für die Ableitung der Masseskala im Bereich von 1 kg bis 100 g und für Massebestimmungen im Rahmen von internationalen Vergleichsmessungen sowie Kalibrierungen für Staatsinstitute, Kalibrierlaboratorien und die Industrie eingesetzt.

Die neue Prototypwaage (Typ M_one, Mettler-Toledo AG) ist die messtechnische Basis für die zukünftige Sicherung und Verringerung der in den CMC-Tabellen des BIPM angegebenen erreichbaren Messunsicherheiten für die Masseskala der PTB im Bereich von 1 mg bis 5 t und der von ihr abgeleiteten Größen wie z. B. Kraft, Drehmoment, Druck und Dichte. Sie bietet für die gegebenen Anwendungen wesentliche Verbesserungen, wie z. B. eine automatische Wechseleinrichtung mit sechs Positionen (bislang vier Positionen), eine Verringerung der Standardabweichung auf maximal 0,4 µg (bislang 2 µg) und die Möglichkeit zur Massebestimmung von Messobjekten mit – im Vergleich zu herkömmlichen 1-kg-Massenormalen – deutlich größeren Abmessungen. Letzteres ist Voraussetzung für den Einsatz des neuen Systems zur Massebestimmung von 1-kg-Siliziumkugeln in Luft und Vakuum im Rahmen des Avogadro-Projekts zur Bestimmung der Avogadro-Konstanten und zur Neudefinition des Kilogramms. Mit der Nutzung größerer Auftriebskörper sind zusätzlich Verbesserungen bei der Bestimmung der Luftdichte für die erforderlichen Luftauftriebskorrektionen zu erwarten, die sowohl für den Anschluss von Stahlnormalen an das nationale Kilogrammprototyp als auch für die Massebestimmung von anderen Körpern zu einer Verringerung der Unsicherheit führen werden.

Weitere Informationen:
Dr.-Ing. Michael Borys, PTB-Arbeitsgruppe Darstellung Masse
Telefon (05 31) 592-11 10, E-Mail: michael.borys@ptb.de