Elektrostatik beim Wägen vermeiden

Elektrostatische Aufladung und ihre Auswirkungen auf die Wägeresultate

Elektrostatische Aufladungen haben nicht zu unterschätzende Auswirkungen auf die Genauigkeit der Ergebnisse von Laborwaagen. Falls möglich sollten Vorbeugemassnahmen getroffen werden, um die Entstehung elektrostatischer Aufladungen an Proben oder Wägebehältern zu reduzieren oder zu verhindern. Auf diese Weise können Fehler, Instabilität und frustrierend langsame Wägeresultate vermieden werden.

Was ist elektrostatische Aufladung?

Der Begriff „elektrostatische Aufladung“ bezeichnet das gehäufte Auftreten elektrischer Ladungen auf der Oberfläche eines nicht leitfähigen Materials.

Umgang mit elektrostatisch aufgeladenen Proben

Durch interessante Fortschritte in der Wägetechnologie können Analysenwaagen der neuesten Generation eine elektrostatische Aufladung beim Wägen automatisch erkennen. Die Grösse dieser Kraft kann gemessen und aufgezeichnet werden. Mit einem integrierten Ionisatormodul können die elektrostatischen Aufladungen ausserdem beseitigt werden, damit sie sich nicht auf das Wägeresultat auswirken. Da die Erkennung elektrostatischer Aufladungen während des Einschwingens der Waage stattfindet und nur wenige Sekunden dauert, führt sie zu keiner Zeitverzögerung beim Wägeresultat.

Vorteile für den Waagenbediener

StaticDetect™ vereinfacht die Handhabung elektrostatisch aufgeladener Proben oder Behälter und sorgt so für einen effizienteren Prozess für den Waagenbediener. So erzielen Sie ein Maximum an Genauigkeit und absolut zuverlässige Wägeresultate.

White Paper: Elektrostatik und Wägen

Elektrostatisch aufgeladene Proben oder Behälter können schwierig zu wägen sein und führen oft zu Problemen mit der Stabilität der Waage oder einer Messwertdrift. Dieses White Paper erklärt, wie Sie:

Elektrostatische Aufladung vermeiden

Elektrostatische Aufladung ableiten, falls sie auftritt

Die Störeffekte erkennen, die elektrostatische Aufladungen auf das Wägen haben

Eine geeignete Methode wählen, um Ihre Proben oder Behälter zu entionisieren

Die XPR-Analysenwaagen erleichtern den Umgang mit elektostatisch aufgeladenen Proben, da elektrostatische Einflüsse automatisch erkannt und beseitigt werden. Auf diese Weise können absolut zuverlässige Wägeresultate mit der höchsten Genauigkeit erzielt werden.

Laden Sie das White Paper „Elektrostatik und Wägen“ herunter.

Verständnis elektrostatischer Aufladung

Reibung ist die häufigste Ursache für elektrostatische Aufladung. Dazu gehört z. B.:

Das Trockenreiben eines Glasgefässes mit einem Tuch
Das Berühren eines Messkolbens mit Einmalhandschuhen
Das Auspacken eines Laborbehälters aus einer Plastikverpackung
Das Befüllen von Gefässen mit losem Material (Schüttgut)

Eine elektrostatische Aufladung lässt sich meistens durch Folgendes erkennen:

Probleme beim Einschwingen der Waage
Driftende Messwerte
Keine Wiederholbarkeit der Messresultate

Dennoch gibt es Fälle, in denen trotz einer elektrostatischen Kraft stabile Messwerte erzielt werden. Dies erschwert die Erkennung einer elektrostatischen Aufladung oder macht sie sogar unmöglich.

► Laden Sie den Leitfaden „Elektrostatiktest“ zur Erkennung elektrostatischer Aufladungen herunter

Der angezeigte Wert kann höher oder niedriger als das tatsächliche Gewicht sein (weil die erzeugten Ladungen negativ oder positiv sein und sich gegenseitig anziehen oder abstossen können)
Es wurden Abweichungen von 1 – 100 mg beobachtet (was bei kleinen Proben von grosser Bedeutung ist)
Trockene Pulver sind für elektrostatische Aufladungen besonders anfällig und daher schwer zu wägen

Elektrostatische Ladungen werden mit der Zeit abgeleitet. Die Ableitleistung wird von der Oberflächenleitfähigkeit des geladenen Körpers beeinflusst, die wiederum durch die Luftfeuchtigkeit und Verschmutzungen der Oberfläche beeinflusst wird.
Die Entladung kann einige Sekunden oder Minuten in Anspruch nehmen, in einer trockenen Umgebung (r. F. < 40%) aber auch mehrere Stunden.
Bei gut isolierendem Material wie Borosilikatglas oder Laborkunststoffen wird die Ladung langsamer abgeleitet.
Ein Glaskolben kann bei 80 % relativer Luftfeuchtigkeit nicht aufgeladen werden.

Allerdings werden bei PTFE-Gefässen selbst bei hoher Luftfeuchtigkeit über mehrere Minuten signifikante Wägefehler beobachtet.

Nachfolgend werden einige Empfehlungen für praktische Lösungen vorgestellt, die umgesetzt werden können:

1. Um eine Entstehung elektrostatischer Aufladungen zu verhindern

Verwenden Sie elektrisch leitfähige oder antistatisch behandelte Materialien. Gefässe aus Kunststoff oder Glas laden sich schnell auf, weshalb diese Materialien nicht ideal sind.
Vermeiden Sie bei der Arbeit mit verschiedenen Materialien deren gegenseitigen Kontakt
Vermeiden Sie den unnötigen Kontakt mit dem Gefäss - insbesondere beim Tragen von Schutzhandschuhen
Erhöhen Sie die Luftfeuchtigkeit (optimal: 45–60 %)
Stellen Sie sicher, dass Waage und Waagschale elektrisch geerdet sind
Tragen Sie kein elektrisch isoliertes Schuhwerk

2. Um die durch elektrostatische Aufladungen verursachten Kräfte zu reduzieren

Verwenden Sie einen „ErgoClip“ zum Halten von Taragefässen. Dieser fungiert als Faradayscher Käfig und schirmt so die Probe während des Wägens elektrisch ab
Verwenden Sie ein kleineres Taragefäss
Achten Sie darauf, dass die Probe in der Mitte der Waagschale platziert wird
Benutzen Sie eine leitfähige Unterlage.

3. Um elektrostatische Ladungen abzuleiten

Verwenden Sie einen Hochspannungs- Ionisator (intern oder extern), um die Proben zu entladen
Nutzen Sie eine radioaktive Quelle zum Ionisieren der Luft

Die beste Möglichkeit, elektrostatischer Aufladung entgegenzuwirken, besteht jedoch darin, sie gar nicht erst entstehen zu lassen.

► Laden Sie das White Paper „Elektrostatik und Wägen“ herunter und erfahren Sie mehr

StaticDetect™ ist eine patentierte Innovation der XPR-Waagen von METTLER TOLEDO, die bei Problemen mit elektrostatischer Aufladung Abhilfe für die Benutzer schafft. Dabei wird die Präsenz einer elektrostatischen Ladung am Taragefäss und/oder der Probe mittels eines Sensors automatisch erkannt. Wird eine elektrostatische Aufladung festgestellt, werden die Auswirkungen dieser Aufladung auf das Wägeresultat gemessen. Falls die benutzerdefinierte Akzeptanzgrenze überschritten wird, wird der Benutzer gewarnt. Darüber hinaus zeigt ein Symbol auf dem Bildschirm des Waagenterminals die Präsenz von elektrostatischer Ladung an.

Diese Technik ist immun gegenüber elektromagnetischen Störungen und funktioniert über einen grossen Bereich.
Sie funktioniert in jeder Laborumgebung einwandfrei, auch unter schwierigen Bedingungen wie in Laborabzügen oder Sicherheitsanlagen.
Zur Erkennung einer elektrostatischen Aufladung von Körpern sind zwar alternative Methoden vorhanden, allerdings kann keine das AUSMASS ermitteln, wie stark die Ladung das angezeigte Gewicht beeinflusst.

Der Zyklus zur elektrostatischen Erkennung beginnt automatisch, sobald die Probe auf der Waage platziert wird und die Tür geschlossen ist. Da der Vorgang zur Erkennung einer elektrostatischen Aufladung während des Wägens durchgeführt wird und nur wenige Sekunden dauert, in der Regel während der Waagen-Einschwingzeit, führt er zu keiner Zeitverzögerung beim Wägeresultat.

Eine konzentrische Elektrode ist unter der geerdeten Waagschale integriert und ein Wechelspannungssignal wird angelegt. Die positive Halbwelle des Rechtecksignals erzeugt positive Ladungen an der Elektrode (a). Die negative Halbwelle der Rechteckwelle erzeugt negative Ladungsträger an der negativen Elektrode (b). Die Differenz im Messergebnis zwischen den beiden Situationen (a und b) ist auf die elektrostatische Kraft (F_E) zurückzuführen. Diese beträgt Null, wenn die Probe oder der Behälter nicht elektrostatisch aufgeladen ist. Dank dieser Methode kann der Sensor das richtige Gewicht der Probe ermitteln.

Anziehungskraft – Elektrostatische Ladungen

(a): Eine anziehende Kraft wirkt zwischen dem gemessenen Objekt und der Elektrode. Die vertikale Komponente dieser Kraft wird zum Gewicht addiert und beeinflusst so das Messresultat, da dieses dann höher ist als das richtige Resultat.

Abstossungskraft – Elektrostatische Ladungen

(b): Eine abstossende Kraft wirkt zwischen dem gemessenen Objekt und der Elektrode. Die vertikale Komponente dieser Kraft wird vom Gewicht abgezogen und beeinflusst so das Messresultat, da dieses dann geringer ist als das richtige Resultat.

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