16.06.2017 - Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

Industrietaugliche Waage die sich ohne Gewichtsstücke kalibrieren lässt

Vorbereitung auf die Neudefinition des Kilogramm

Angestoßen wird die Entwicklung der Planck-Waage durch die bevorstehende Neudefinition des Kilogramm: Das Urkilogramm, ein kleiner Metallzylinder in einem Safe nahe Paris, wird bald ausgedient haben. An seine Stelle rückt eine Kilogramm-Definition auf Grundlage einer unzerstörbaren und unveränderlichen Naturkonstante: des Planck‘schen Wirkungsquantums h. Der Name „Planck-Waage“ spielt auf eben diese Konstante an. Hat man den Wert von h international erst einmal festgelegt, können Massen allein über die Messung elektrischer Größen bestimmt werden.

Ein weiterer Vorteil der Planck-Waage ist der kontinuierliche Messbereich. Der erste Prototyp wird zwar lediglich einen Messbereich von 1 mg bis 100 g erreichen, doch der des bereits geplanten Nachfolgers soll dann schon von 1 mg bis 1000 g reichen. Vergleichbare Waagen könnten direkt für Wägungen in der Industrie eingesetzt werden, als sogenannte Primärnormale, da eine Kalibrierung mit Normalgewichten entfällt. Langfristig könnte mit der Planck-Waage aber auch gerade bei kleinen Massen eine höhere Genauigkeit erreicht werden, als mit bisherigen Normalgewichten für den industriellen Einsatz. Das bei der Entwicklung der Planck-Waage in der PTB gewonnene Knowhow wird also sowohl der Wirtschaft allgemein zugutekommen als auch die weltweit führende Stellung der deutschen Waagenindustrie stärken.

Während die PTB schon über die praktischen Folgen und Chancen der neuen Kilogramm-Definition nachdenkt, ist die Neudefinition selbst noch in vollem Gange. Auch hier ist die PTB maßgeblich beteiligt. Zwei Experimente werden weltweit verfolgt, um das Ziel einer Kilogrammdefinition auf der Basis von Naturkonstanten zu erreichen: Das Avogadro-Experiment, bei dem die Zahl der Atome in einem nahezu perfekt kugelförmigen Kristall aus isotopenreinem Silizium zu bestimmen ist, und die Kibble-Waage (oder Watt-Waage), bei der die Gewichtskraft einer Masse im Schwerefeld der Erde durch eine elektromagnetische Kraft kompensiert wird. Bei beiden Experimenten wird der Wert des Planck‘schen Wirkungsquantums ermittelt, sodass sich beide Ansätze auf der Ziellinie treffen. Während die PTB vor allem den Weg über die Siliziumkugel beschreitet, favorisieren das US-amerikanische NIST und das kanadische NRC die Kibble-Waage. Um jedoch bei der späteren Weitergabe der Masseeinheiten an die Industrie beide Pfade anbieten zu können, hat die PTB gemeinsam mit der TU Ilmenau die Prototypentwicklung einer Planck-Waage (als industrietaugliche Variante einer Kibble-Waage) angestoßen.

Das Institut für Prozessmess- und Sensortechnik der TU Ilmenau, das die Planck-Waage federführend unter der wissenschaftlichen Verantwortung von Professor Thomas Fröhlich mitentwickelt, ist im Bereich der industriellen Kraftmess- und Wägetechnik und der nanometergenauen Lasermesstechnik weltweit führend. In den vergangenen zehn Jahren wurden hier Messgeräte entwickelt, die als „genaueste Waage der Welt“ galten. Die Erkenntnisse, die aus der Entwicklung eines sogenannten 1 kg-Prototypkomparators gewonnen wurden, flossen direkt in die Forschung zur Planck-Waage ein. Dieser hochgenaue Massekomparator wird bereits in metrologischen Staatsinstituten auf der ganzen Welt für den Vergleich von Kilogramm-Prototypen eingesetzt.

Fakten, Hintergründe, Dossiers

  • Planck-Waage
  • Wattwaagen

Mehr über Physikalisch-Technische Bundesanstalt

  • News

    Helmholtz-Preis für hochpräzise Messungen zur Relativitätstheorie und zu Nanomaterialien

    Grundlagenphysik rund um Einsteins Spezielle Relativitätstheorie auf der einen Seite und Grundlagen für messtechnische (metrologische) Anwendungen im Bereich von Tausendstel Mikrometern (Nanometern) auf der anderen Seite – so weit spannt sich der Bogen beim diesjährigen Helmholtz-Preis. Den ... mehr

    Neue primäre Methode zur Druckmessung

    Quasi als Nebenprodukt bei den Arbeiten zum „neuen“ Kelvin haben Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) eine völlig neuartige Methode zur Druckmessung realisiert, die primär ist, also nur von Naturkonstanten abhängt. Als eine unabhängige Methode kann sie zur Überpr ... mehr

    Toxischen Elementen in Arzneimitteln nicht die Spur einer Chance lassen

    Blei, Cadmium, Quecksilber oder Arsen gehören nicht in Arzneimittel. Internationale Bestimmungen sind daher bereits strenger geworden und fordern vergleichbare Messungen. Da ist es sinnvoll, hochgenaue Referenzlösungen mit definierten Gehalten dieser vier Stoffe zu verwenden und somit die M ... mehr

  • q&more Artikel

    Die Bedeutung der Rückführbarkeit in der Labormedizin

    Der Weltmetrologietag wird jährlich am 20. Mai begangen, und in diesem Jahr ist „Messen für die Gesundheit“ das Schwerpunktthema. Das bietet die Gelegenheit, die Bedeutung vergleichbarer und zuverlässiger Messergebnisse in der Labormedizin hervorzuheben. mehr

    Die Messung der Avogadro-Konstante

    Seit dem 20. Mai 2019 ist die Masseneinheit Kilogramm nicht mehr durch den Internationalen Kilogramm-Prototypen definiert, sondern durch den Zahlenwert des Planck’schen Wirkungsquantums, der wichtigsten Fundamentalkonstante aus der Quantenphysik. Voraussetzung für diese Definition war die M ... mehr

    Naturkonstanten als Hauptdarsteller

    Der 20. Mai 2019 ist ein besonderer Tag. Denn ab diesem Tag sind die gewohnten Definitionen dessen, was ein Kilogramm und ein Mol, ein Ampere und ein Kelvin sein sollen, Geschichte. Die Zukunft im Internationalen Einheitensystem sieht vielmehr so aus, dass von nun an Naturkonstanten die Hau ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Gavin O’Connor

    Gavin O'Connor wurde in Dublin geboren und schloss 1993 sein Diplom in Analytischer Chemie am Athlone Institute of Technology in Irland ab. In Großbritannien setzte er sein Studium der Analytischen Chemie bis zum Bachelor of Sciences fort, bevor er 1998 an der Universität Plymouth im Bereic ... mehr

    Dr. André Henrion

    André Henrion, Jahrgang 1957, studierte Chemie an der Humboldt-Universität zu Berlin, wo er 1988 mit einer Arbeit auf dem Gebiet der Physikalischen Organischen Chemie promovierte. Danach arbeitete er zunächst am Analytischen Zentrum der Akademie der Wissenschaften, bevor er 1992 zur PTB wec ... mehr

    Rüdiger Ohlendorf

    Rüdiger Ohlendorf, Jahrgang 1959, studierte Chemieingenieurwesen mit Schwerpunkt Instrumentelle Analytik an der Fachhochschule Münster. Nach Beschäftigungen am ISAS (Institut für Spektrochemie und Angewandte Spektroskopie) und bei der Schering AG wechselte er zur Physikalisch-Technischen Bu ... mehr

q&more – die Networking-Plattform für exzellente Qualität in Labor und Prozess

q&more verfolgt den Anspruch, aktuelle Forschung und innovative Lösungen sichtbar zu machen und den Wissensaustausch zu unterstützen. Im Fokus des breiten Themenspektrums stehen höchste Qualitätsansprüche in einem hochinnovativen Branchenumfeld. Als moderne Wissensplattform bietet q&more den Akteuren im Markt einzigartige Networking-Möglichkeiten. International renommierte Autoren repräsentieren den aktuellen Wissenstand. Die Originalbeiträge werden attraktiv in einem anspruchsvollen Umfeld präsentiert und deutsch und englisch publiziert. Die Inhalte zeigen neue Konzepte und unkonventionelle Lösungsansätze auf.

> mehr zu q&more

q&more wird unterstützt von: