Die Planck-Waage, entwickelt und gebaut von einem Wissenschaftlerteam um Prof. Thomas Fröhlich. Leiter des Instituts für Prozessmess- und Sensortechnik an der TU Ilmenau. (Bild: Technische Universität Ilmenau)
Um diese Definition für die Industrie besser nutzbar zu machen, werden industrietaugliche Waagen, benötigt, die bis auf das Mikrogramm, also sechs Stellen hinter dem Komma, genau und beliebig wiederholbar einheitliche Messergebnisse erzielen. Für diese Zwecke hat die Technische Universität (TU) Ilmenau gemeinsam mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) eine äußerst genaue, industrietaugliche Waage für das so definierte Kilogramm entwickelt und gebaut, die so genannte Planck-Waage. Dabei wird das Kilogramm über die Planck-Konstante h definiert, die auch als das Plancksche Wirkungsquantum bekannt ist.
Präzision durch Kraftkompensation
Die Waage funktioniert nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation. Vereinfacht gesagt wird ein zu wiegendes Massestück auf der einen Seite der Waage durch eine elektrische Kraft auf der anderen Seite aufgewogen. Diese elektrische Kraft ist untrennbar mit der Planck-Konstante verbunden und lässt sich so unmittelbar auf die neue Kilogramm-Definition zurückführen. „Jedes Gewicht auf der Waage wird über eine Spule ausgeglichen und kann mit Hilfe elektrischer Kräfte vermessen werden“, erklärt Prof. Thomas Fröhlich, Leiter des Instituts für Prozessmess- und Sensortechnik an der TU Ilmenau. „Damit kann die Planck-Waage stufenlos jedes Gewicht auf das Genaueste messen.“ Deshalb ist diese Waage nicht nur in der Lage, sich mittels Referenzgewichten selbst zu kalibrieren, sondern sie ist auch in vielen Bereichen, bei denen es auf höchste Messgenauigkeit ankommt, für unterschiedlichste Messungen auch kleinster Mengen einsetzbar. Derzeit ist die Waage für präziseste Messungen beliebiger Gewichte im Messbereich von einem Milligramm bis hundert Gramm einsetzbar.
Mit einer neuen, programmierbaren Anlage zur Messung der angelegten Hochspannung, einem so genannten Josephson-Array, haben die Ilmenauer Wissenschaftler die Genauigkeit der Waage weiter verbessert: bis auf 10 Stellen nach dem Komma. Allerdings kostet dieser Array etwa so viel wie ein Einfamilienhaus. Andere Ansätze zur Bestimmung des Kilogramms über die Planck-Konstante wie die Wattwaage oder die Siliziumkugel sind hochgenaue Referenzverfahren, die eher an metrologische Institute passen.
(dw)
