Historie
Die Waagschale ist ein so einfaches Gerät, dass ihre Verwendung wahrscheinlich weit vor den Beweisen liegt. Was Archäologen erlaubt hat, Artefakte mit Waagen zu verbinden, sind die Steine zur Bestimmung der absoluten Masse. Die Waage selbst wurde wahrscheinlich verwendet, um die relative Masse lange vor der absoluten Masse zu bestimmen.
Der älteste Beweis für die Existenz von Waagen stammt aus der Zeit zwischen 2400 und 1800 v. Chr. im Industal. Zuvor wurde aufgrund fehlender Skalen kein Banking durchgeführt. Einheitliche, polierte Steinwürfel, die in frühen Siedlungen entdeckt wurden, wurden wahrscheinlich als Massensetzsteine in Waagen verwendet. Obwohl die Würfel keine Markierungen tragen, sind ihre Massen Vielfache eines gemeinsamen Nenners. Die Würfel bestehen aus vielen verschiedenen Arten von Steinen mit unterschiedlichen Dichten. Offensichtlich war ihre Masse, nicht ihre Größe oder andere Eigenschaften, ein Faktor bei der Gestaltung dieser Würfel.
In Ägypten können Skalen bis etwa 1878 v. Chr. zurückverfolgt werden, aber ihre Verwendung erstreckt sich wahrscheinlich viel früher. Geschnitzte Steine mit Markierungen, die Masse und das ägyptische Hieroglyphensymbol für Gold bezeichnen, wurden entdeckt, was darauf hindeutet, dass ägyptische Kaufleute ein etabliertes System der Massenmessung verwendet hatten, um Goldlieferungen oder Goldminenerträge zu katalogisieren. Obwohl keine tatsächlichen Skalen aus dieser Zeit überlebt haben, Viele Sätze von Wiegesteinen sowie Wandmalereien, die die Verwendung von Waagen darstellen, deuten auf eine weit verbreitete Verwendung hin. In China, Die früheste ausgegrabene Waage stammte aus einem Grab des Staates Chu aus der Zeit der chinesischen Streitenden Reiche Dating zurück ins 3. bis 4. Jahrhundert vor Christus auf dem Berg Zuojiagong in der Nähe von Changsha, Hunan. Die Waage bestand aus Holz und verwendete Bronzemassen.
Variationen der Waagschale, einschließlich Geräten wie der billigen und ungenauen Bismar (ungleich bewaffnete Waagen), wurden um 400 v. Chr. von vielen kleinen Händlern und ihren Kunden häufig verwendet. Im Laufe der aufgezeichneten Geschichte taucht eine Vielzahl von Skalenvarianten auf, die jeweils Vorteile und Verbesserungen aufweisen, mit so großen Erfindern wie Leonardo da Vinci, die bei ihrer Entwicklung eine persönliche Hand anlegen.
Trotz aller Fortschritte bei der Konstruktion und Entwicklung von Waagen waren alle Waagen bis zum siebzehnten Jahrhundert nach Christus Variationen der Waagschale. Die Standardisierung der verwendeten Gewichte – und die Sicherstellung, dass die Händler die richtigen Gewichte verwendeten – war während dieser Zeit ein erhebliches Anliegen der Regierungen.
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Wiegen von Gerichten von der Insel Thera, minoische Zivilisation, 2000-1500 v. Chr
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Assyrische Löwengewichte (8. Jahrhundert v. Chr.) im British Museum
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Römische Waage mit zwei Bronzegewichten, 50-200 n.Chr., Gallo-römisches Museum, Tongres Belgien
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Kaiser Jahangir (regierte 1605-1627) wägt seinen Sohn Shah Jahan auf einer Waage des Künstlers Manohar (1615 n. Chr., Moguldynastie, Indien).
Die ursprüngliche Form einer Waage bestand aus einem Balken mit einem Drehpunkt in der Mitte. Für höchste Genauigkeit würde der Drehpunkt aus einem scharfen V-förmigen Drehpunkt bestehen, der in einem flacheren V-förmigen Lager sitzt. Um die Masse des Objekts zu bestimmen, wurde eine Kombination von Referenzmassen an einem Ende des Trägers aufgehängt, während das Objekt unbekannter Masse am anderen Ende aufgehängt wurde (siehe Balance und Steelyard Balance). Für hochpräzise Arbeiten wie die empirische Chemie ist die Mittelstrahlwaage nach wie vor eine der genauesten verfügbaren Technologien und wird häufig zur Kalibrierung von Testmassen verwendet.
Mechanische Waagenbearbeiten
Die Waage (auch Waagschale, Balkenwaage und Laborwaage) war das erste Massenmessgerät, das erfunden wurde. In seiner traditionellen Form besteht es aus einem schwenkbaren horizontalen Hebel mit gleich langen Armen – dem Balken – und einer an jedem Arm aufgehängten Waagschale (daher der Pluralname „Waage“ für ein Wägeinstrument). Die unbekannte Masse wird in eine Pfanne gegeben und Standardmassen werden in die andere Pfanne gegeben, bis der Strahl so nahe wie möglich am Gleichgewicht ist. In Präzisionswaagen ist eine genauere Bestimmung der Masse durch die Position einer Gleitmasse gegeben, die entlang einer abgestuften Skala bewegt wird. Technisch gesehen vergleicht eine Waage eher das Gewicht als die Masse, aber in einem bestimmten Gravitationsfeld (wie der Erdanziehungskraft) ist das Gewicht eines Objekts proportional zu seiner Masse, so dass die Standardmassen, die mit Waagen verwendet werden, normalerweise in Masseneinheiten (z. B. g) bezeichnet werden oder kg).
Im Gegensatz zu Federwaagen werden Waagen zur Präzisionsmessung von Massen verwendet, da ihre Genauigkeit nicht durch Variationen des lokalen Gravitationsfeldes beeinflusst wird. (Auf der Erde können diese beispielsweise zwischen den Standorten ± 0,5% betragen.) Eine Änderung der Stärke des Gravitationsfeldes, die durch Bewegen der Waage verursacht wird, ändert die gemessene Masse nicht, da die Kraftmomente auf beiden Seiten des Strahls gleichermaßen beeinflusst werden. Eine Waage ermöglicht eine genaue Messung der Masse an jedem Ort, an dem eine konstante Schwerkraft oder Beschleunigung auftritt.
Sehr präzise Messungen werden erreicht, indem sichergestellt wird, dass der Drehpunkt der Waage im Wesentlichen reibungsfrei ist (eine Messerkante ist die traditionelle Lösung), indem ein Zeiger am Strahl angebracht wird, der jede Abweichung von einer Waagenposition verstärkt; und schließlich durch Verwendung des Hebelprinzips, das es ermöglicht, Bruchmassen durch Bewegung einer kleinen Masse entlang des Messarms des Strahls aufzubringen, wie oben beschrieben. Für höchste Genauigkeit muss der Auftrieb in der Luft berücksichtigt werden, dessen Wirkung von der Dichte der beteiligten Massen abhängt.
Um den Bedarf an großen Referenzmassen zu reduzieren, kann ein außermittiger Strahl verwendet werden. Eine Waage mit einem außermittigen Balken kann fast so genau sein wie eine Waage mit einem Mittelbalken, aber der außermittige Balken erfordert spezielle Referenzmassen und kann nicht an sich auf Genauigkeit überprüft werden, indem einfach der Inhalt der Pfannen ausgetauscht wird, wie es eine Mittelbalkenwaage kann. Um den Bedarf an kleinen abgestuften Referenzmassen zu verringern, kann ein Gleitgewicht, das als Poise bezeichnet wird, so installiert werden, dass es entlang einer kalibrierten Skala positioniert werden kann. Eine Poise fügt dem Kalibriervorgang weitere Feinheiten hinzu, da die genaue Masse der Poise auf das genaue Hebelverhältnis des Strahls eingestellt werden muss.
Für mehr Komfort bei der Platzierung großer und umständlicher Lasten kann eine Plattform auf einem Cantilever-Trägersystem schweben, das die proportionale Kraft auf ein Noseiron-Lager bringt; Dies zieht an einer Stilyard-Stange, um die reduzierte Kraft auf einen bequem dimensionierten Träger zu übertragen.
Man sieht dieses Design immer noch in tragbaren Balkenwaagen mit einer Kapazität von 500 kg, die häufig in rauen Umgebungen ohne Strom verwendet werden, sowie in der leichteren mechanischen Personenwaage (die intern tatsächlich eine Federwaage verwendet). Die zusätzlichen Drehpunkte und Lager verringern die Genauigkeit und erschweren die Kalibrierung; Das Schwimmersystem muss auf Eckfehler korrigiert werden, bevor die Spannweite durch Einstellen des Waagebalkens und der Haltung korrigiert wird.
1669 präsentierte der Franzose Gilles Personne de Roberval der Französischen Akademie der Wissenschaften eine neue Art von Waagschale. Diese Skala bestand aus einem Paar vertikaler Säulen, die durch ein Paar gleichlanger Arme getrennt waren und in der Mitte jedes Arms von einer zentralen vertikalen Säule verschwenkten, wodurch ein Parallelogramm entstand. Von der Seite jeder vertikalen Säule erstreckte sich ein Stift. Zum Erstaunen der Beobachter, egal wo Roberval hing zwei gleiche Gewicht entlang der Stange, die Waage immer noch ausgeglichen. In diesem Sinne war die Waage revolutionär: Sie entwickelte sich zu der häufiger anzutreffenden Form, die aus zwei Pfannen bestand, die auf einer vertikalen Säule über dem Drehpunkt und dem Parallelogramm darunter angeordnet waren. Der Vorteil des Roberval-Designs besteht darin, dass die Waage unabhängig davon, wo gleiche Gewichte in den Pfannen platziert werden, immer noch ausbalanciert.
Weitere Entwicklungen umfassten eine „Zahnradwaage“, bei der das Parallelogramm durch eine beliebige ungerade Anzahl von ineinandergreifenden Zahnrädern ersetzt wird, die größer als eins sind, mit alternierenden Zahnrädern gleicher Größe und mit dem zentralen Zahnrad, das an einem Ständer befestigt ist, und den äußeren Zahnrädern, die an Pfannen befestigt sind, sowie die „Kettenradwaage“, die aus einer Fahrradkette besteht, die um eine ungerade Anzahl von Zahnrädern geschlungen ist, wobei das zentrale fest und die beiden äußersten frei schwenkbar und an einer Pfanne befestigt sind.
Da es mehr bewegliche Gelenke hat, die Reibung hinzufügen, ist die Roberval-Waage durchweg weniger genau als die herkömmliche Balkenwaage, aber für viele Zwecke wird dies durch ihre Benutzerfreundlichkeit kompensiert.
Die Torsionswaage ist eine der mechanisch genauesten und analogsten Waagen. Apothekenschulen lehren immer noch, wie man Torsionswaagen in den USA verwendet. Es verwendet Pfannen wie eine traditionelle Waage, die auf einer mechanischen Kammer liegen, die Messungen auf der Verdrillungsmenge eines Drahtes oder einer Faser in der Kammer basiert. Die Waage muss weiterhin ein Kalibriergewicht zum Vergleich verwenden und kann Objekte wiegen, die größer als 120 mg sind und innerhalb einer Fehlergrenze von +/- 7 mg liegen. Viele Mikro- und Ultramikrowaagen, die Bruchteile von Grammwerten wiegen, sind Torsionswaagen. Ein üblicher Fasertyp ist Quarzkristall.
Elektronische Gerätebearbeiten
Mikrowaagebearbeiten
Eine Mikrowaage (auch Ultramikrowaage oder Nanowaage genannt) ist ein Instrument, mit dem die Masse von Objekten mit relativ geringer Masse präzise gemessen werden kann: in der Größenordnung von einer Million Grammteilen und darunter.
Analytische Bilanzbearbeiten
Eine Analysenwaage ist eine Klasse von Waage entwickelt, um kleine Masse im Sub-Milligramm-Bereich zu messen. Der Messbecher einer Analysenwaage (0.1 mg oder besser) befindet sich in einem transparenten Gehäuse mit Türen, so dass sich kein Staub ansammelt und Luftströmungen im Raum den Betrieb der Waage nicht beeinträchtigen. Dieses Gehäuse wird oft als Windschutz bezeichnet. Die Verwendung eines mechanisch belüfteten Ausgleichs-Sicherheitsgehäuses mit einzigartig gestalteten Acryl-Profilen ermöglicht einen reibungslosen, turbulenzfreien Luftstrom, der Ausgleichsschwankungen und das Messen der Masse bis zu 1 µg ohne Schwankungen oder Produktverlust verhindert. Außerdem muss die Probe Raumtemperatur haben, um zu verhindern, dass natürliche Konvektion Luftströmungen innerhalb des Gehäuses bildet, die einen Lesefehler verursachen. Mechanische Auswuchtwaagen mit einer Pfanne sorgen für ein gleichmäßiges Ansprechverhalten über die gesamte Nutzkapazität, was erreicht wird, indem eine konstante Belastung des Waagebalkens und damit des Drehpunkts aufrechterhalten wird, indem die Masse auf derselben Seite des Balkens, zu der die Probe hinzugefügt wird, abgezogen wird.
Elektronische Analysenwaagen messen die Kraft, die benötigt wird, um der gemessenen Masse entgegenzuwirken, anstatt tatsächliche Massen zu verwenden. Als solche müssen Kalibrierungsanpassungen vorgenommen werden, um Gravitationsunterschiede auszugleichen. Sie verwenden einen Elektromagneten, um eine Kraft zu erzeugen, um der zu messenden Probe entgegenzuwirken, und geben das Ergebnis aus, indem sie die zum Erreichen des Gleichgewichts erforderliche Kraft messen. Ein solches Messgerät wird als elektromagnetischer Kraftwiederherstellungssensor bezeichnet.
Pendelwaagenbearbeiten
Pendelwaagen verwenden keine Federn. Diese Designs verwenden Pendel und arbeiten als Gleichgewicht, das von Schwerkraftunterschieden nicht beeinflusst wird. Ein Beispiel für die Anwendung dieses Designs sind Waagen der Firma Toledo Scale.
Programmierbare Waagenbearbeiten
Eine programmierbare Waage verfügt über eine speicherprogrammierbare Steuerung, mit der sie für verschiedene Anwendungen wie Dosierung, Etikettierung, Abfüllung, Brückenwaagen und mehr programmiert werden kann.
SymbolismEdit
Die Waage (speziell eine Zwei-Pan-Balkenwaage) ist eines der traditionellen Symbole der Gerechtigkeit, wie sie von Statuen von Lady Justice getragen wird. Dies entspricht dem Gebrauch in der Metapher, dass Dinge „in der Balance gehalten“ werden. Es hat seinen Ursprung im alten Ägypten.
Skalen sind auch das Symbol für das Sternzeichen Waage.
Skalen (speziell eine Zwei-Schwenk-Strahlbalance in einem Zustand gleicher Balance) sind das traditionelle Symbol des Pyrrhonismus, das das gleiche Gleichgewicht der Argumente anzeigt, die bei der Induktion von Epoche verwendet werden.