Precisan vaakatekniikasta

Precisan laboratoriovaakamallisto kattaa analyysivaa’at ja tarkkuusvaa’at.
Precisan vaakamalleja on saatavana myös varmennettuna OIML-II ja OIML-I-luokissa.
Analyysivaaka- (OIML-I) ja tarkkuusvaakamallistojen (OIML-II) askelarvot (luettavuus) [d] ovat alueen 1 g … 0,000 01 g sisällä (0,001 g = 1 mg).

• OIML-I puolimikrovaa’at (d= 0,000 01 g = 0,01 mg)
• OIML-I analyysivaa’at (d= 0,000 1 g = 0,1 mg)
• OIML-I ja OIML-II tarkkuusvaa’at
  • M-mallit: d= 0,001 g
  • C-mallit: d= 0,01 g
  • D-mallit: d= 0,1 g
  • G-mallit: d= 1 g
  • Kosteusanalysaattorit: d=0,001 g / 0,000 1 g (tulos 0,01 % … 0,001 %)

Laboratoriovaa’an kokonaistarkkuus

Laboratoriovaa’an kokonaistarkkuuden, stabiilisuuden ja luotettavuuden tulee olla tehtäväänsä riittävät:

• Stabiilisuus: Lukeman & viritystason vakaus (ryömimättömyys) ajan suhteen
• Toistokyky: Erittäin suuri käytännön merkitys muun muassa koska näytettä saatetaan punnita sen eri käsittelyvaiheissa useita peräkkäisiä kertoja, ja jokainen punnituskerta lisää kokonaismittausepävarmuutta ”huonompaan” suuntaan.

Ympäristöolosuhteet / punnitustarkkuus

Optimoi vaakasi toimintakyky kuhunkin työympäristöön sopivaksi ”ENC”

Precisan ENC™ (Environmental Noise Canceling), ympäristöhäiriöiden vaimennus / eliminointijärjestelmä
Precisa on kehittänyt ainutlaatuisen ENC järjestelmän (algoritmin), joka vaimentaa ympäristöstä heijastuvien häiriöiden vaikutuksia, kuten ilman turbulenssia ja rakennuksen runkotärinää.

Mitkä ympäristötekijät aiheuttavat vaa’alle häiriöongelmia?

Ympäristöstä johtuvia häiriöitä on mahdotonta poistaa kokonaan, huolimatta kaikista investoinneistanne kivipöytiin ja/tai erilaisiin vetosuojuksiin. Vaakojen superherkkä punnitusmekanismi havaitsee sekä mittaa kuitenkin kaikki asennuspaikassa esiintyvät ympäristöhäiriöt, siksi ne saattavat näkyä myös punnitustuloksissakin, eli ne voivat ujuttautua punnitustuloksiin saakka troijalaisina.

Precisan ENC™ (Environmental Noise Canceling), ympäristöhäiriöiden vaimennus / eliminointijärjestelmä.

Miten Precisa on ratkaissut ongelman?

Tarkkojen punnituslukemien aikaan saamiseksi on Precisan tuotekehitystiimi valinnut jo tuotteen suunnitteluvaiheessa vaakaan parhaat mahdolliset saatavilla olevat, materiaalit sekä rakenne- että tuulisuojaratkaisut.
Precisan tuotekehitysinsinöörit menivät kuitenkin tästäkin vielä aimo harppauksen pidemmälle ja loivat erittäin kehittyneen, matemaattisia algoritmeja hyödyntävän teknologian, joka hyödyntää häiriösuodatuksessa vaakojen uutta, huippunopeaa elektroniikkaa. Vaaka osaa tunnistaa, eristää ja poistaa lähes kaiken ympäristöstä heijastuvan taustakohinan, joka suodattamatta näkyisi punnitsijalle epävakaana lukemana.

Precisan ENC™ (Environmental Noise Canceling), ympäristöhäiriöiden vaimennus / eliminointijärjestelmä.

Häiriösuodatusprofiilit

Jotta ympäristöhäiriöiden vaimennus olisi tehokkain mahdollinen kaikissa käyttöolosuhteissa, on vaaoissa valittavissa useita suodatinprofiilityyppejä:

Perusprofiili ”Standard”

Tämä soveltuu useimpiin ympäristöolosuhteisiin ja punnitustapoihin. Tämä on ideaali kertapunnituksiin. Standard-profiili onkin vaaoissa siksi oletusasetuksena.
Filtterin toiminta: punnitusolosuhteisiin ja tapaan automaattisesti mukautuva

Profiiliasetuspari ”Adaptive & Dosing”, mukautuva & annostelu

Tämä suodatinprofiilipari sisältää lyhyen vasteviiveen ja tarjoaa punnitusprosessiin samalla kuitenkin hyvän aikavaste-käyttäytymisen ja soveltuu parhaiten jauheiden ja nestemäisten näytteiden annosteluun.

Profiiliasetuspari Adaptive & Constant, mukautuva & vakio

Jotkin punnitussovellukset, kuten haihdutusprosessit, vaativat lineaarista suodatusta ajan suhteen. Profiiliin liittyvällä vaa’an pidemmällä asettumisajalla ei tällöin ole merkitystä.

Profiiliasetuspari ”Fixed + Value release”, kiinteä profiili + lukeman julkaisuviive

Mittausarvon vapautumisen nopeus määrittää, kuinka nopeasti vaaka pitää mittausta vakaana ja vapauttaa tämän arvon punnitsijalle luettavaksi. Mitä pidempään annat vaa’an tehdä suodatusta, sitä paremman toistokykyarvon saat. Asetuksessa on viisi (5) vaihtoehtoa, erittäin nopeasta normaaliin ja edelleen erittäin hitaaseen. Tämän profiiliparin oletusasetuksena on normaali (Standard).

Esimerkkinä ENC-ympäristöhäiriösuodatuksen asetusikkunat, näkymä on kosketusnäyttöisen Precisa 390H-sarjan analyysivaa’an järjestelmäasetusvalikosta.
Asetusmahdollisuudet ovat kaikissa Precisan vaakamalleissa yhtä monipuoliset, mutta nämä asetukset näkyvät kosketusnäyttöisissä ja perinteisen numeronäytön omaavissa vaaoissa (321/360/520PB) luonnollisesti hieman eri tavalla.

Precisan 390-sarjan ENC-ympäristöhäiriösuodatuksen asetusikkunat.

Precisa on luotettava, toimintavarma ja pitkäikäinen tuote!

Punnittaessa voi sattua vahinkoja, kuten iskuja, erilaisia roiskeita, nesteiden kaatumisia, jne., jotka vaikuttavat vaakasi suorituskykyyn ja tarkkuuteen.
(Jos vaa’an sisälle menee nestettä, ota vaaka heti pois sähköverkosta!)
Jokaiselle vaa’alle tulisi luoda toimenpiderajat, joiden mukaan voidaan päättää, onko vaa’an tarkkuus yhä vaa’alle asetetulla vaatimustasolla, vai kutsutaanko paikalle huoltomies / lähetetäänkä vaaka maahantuojan (Teo-Pal Oy:n) huoltoon.
Eräs näppärä näkökulma tarkastella vaa’an virherajoja on käyttää apuna vaakamallin varmennus eli CE-OIML-virherajoja. Tarvittava lähtäarvo [e] on löydettävissä vaa’an näytön yhteydessä olevista merkinnöistä, [max.], [min.] ja [e]. [e] on varmennus-, eli niin sanottu tarkka askelarvo, joka on tässä virherajojen määrittelyssä käytettävä perusarvo.
Yksikään alla olevasta kolmesta kohdasta ei saa ylittää [e] toleranssirajoja, [e]:n askel/kuormausalueilla (alla taulukko esimerkkeineen):

• Viritystaso
• Epälineaarisuus
• Epäkeskeisyysvirhe

Esimerkkejä OIML-II Precisan tarkkuusvaaoilla.

Kuinka arvioida vaa’an ”tarkkuus” teknisiä tietoja apuna käyttäen

Kaikkeen mittaamiseen liittyy olennaisena osana mittauksen mittausepävarmuus.
Mittaustulos = Lukema näytössä ± punnituksen mittausepävarmuus. Jos ja kun punnituksen mittausepävarmuus ylittää taulukossa olevat, kullakin kuormausalueella, asetetut [e] arvot, eivät vaa’an luettavuus ja tarkkuus ole enää linjassa keskenään.

Vaa’an ”tarkkuus” ei koskaan ole lähtökohtaisesti sama kuin lukeman askelarvo [d], lukuunottamatta niitä vaakatyypejä, joilla [e] ja [d] on merkitty saman arvoisiksi, (e = d)
Mittaustarkkuutta tulisi tarkastella lisäksi mittausepävarmuuden näkökulmasta.
Mittaustarkkuuteen/epätarkkuuteen vaikuttaa usea osatekijä.
Mittausepävarmuus kuvastaa saadun lukeman ± tarkkuutta.

Vaa’an lukeman mittausepävarmuuteen vaikuttavat suoraan vaa’an:

• Luettavuus [d]
  Näytön askelarvon pyöristysvirhe, standardiepävarmuus = d / [√6] = ~ 0,4 d
• Epäkeskeisyysvirhe [ex]
  Kalibroinnista saatava mittaustulos, standardiepävarmuus = ex / [√3] =~ 0,6 ex
  (Testimassa 30 … 50% punnitusalueen max.-arvosta)
  (Virheen tulisi olla <± 4 d)
• Hystereesi (”kitka”) [h]
  Kalibroinnista saatava mittaustulos, standardiepävarmuus = h / [2*√3] =~ 0,3 h
  (Punnitusalustan keskelle massa 50 % max. ja kirjaa lukema.
  Aseta alustalle loppu 50 % ja odota hetki.
  Poista jälkimmäinen 50 % ja kirjaa lukema, joka = hystereesi eli kitkamuutos)
  (Hystereesin tulisi olla < ± 2 x vaa’alle ilmoitettu lineaarisuus)
• Toistokyky (10 mittausta)[S]
  (Massa > 50 % … 100 % vaa’an max.)
  Standardiepävarmuus = S.
  (Tulisi olla < ± 1 d)

Vaa’an mittaustarkkuuteen/epätarkkuuteen vaikuttavan sellaisinaan lisäksi myös mm.:

• Viritystason muutos
• Asennuspaikassa vallitsevat olosuhteet:
  Tärinä, ilmavirtaukset, lämpötilamuutokset, ilmastointi, verkkovirran laatu, magneettikentät, staattinen sähkö jne.
• Säätilan muutoksen vaikutus:
  Ilmanpaineen ja kosteuden muutos (-> nosteen muutos -> viritystason muutos)
• Vaa’asta itsestään aiheutuva lukeman ”ryömintä”:
  Esim. lämpötilaryömintä (mekaniikka & elektroniikka)
• Staattisen sähkön vuorovaikutus
  Ilman kosteuden mennessä alle 40%rH (lämmityskauden aikana) hankaussähköisesti varautuvat astiat ja punnittava materiaali
• Epälineaarisuus
  Lineaarisuusvirhe (mekaniikka, elektroniikka)
  Esimerkki: Jos tarkkuusvaa’an (luettavuus/askelarvo) [d] on 0,01 g ja epälineaarisuus ± 0,04 g, on vaa’an todellinen tarkkuus luokkaa 0,1 g, kun otetaan huomioon näyttämän pyöristysvirhe!

Virheettömänkin vaa’an lukemassa on pieni mittausepävarmuus, joka on käytännössä sama kuin näytön askelarvo, n. ± 1d [1 digit].

Esimerkkejä mittausepävarmuudesta:

Virheetön vaaka: d = 0,01 g, ex = 0,00 g, h = ± 0,00 g, s = 0,000 g.
Mittausepävarmuus: ±  0,01 g.
Hyvä vaaka: d = 0,0 1g, ex = 0,02 g, h = ± 0,02 g, s = 0,005 g.
Mittausepävarmuus: ±  0,03 g.
Huoltoon suositus: d = 0,0 1 g, ex = 0,0 5 g, h = ± 0,05 g, s = 0,01 g.
Mittausepävarmuus: ±  0,07 g
Virheetön vaaka:d = 0,1 g, ex = 0,0 g, h = ± 0,0 g, s = 0,00 g.
Mittausepävarmuus: ± 0,1 g.

Hyvä vaaka:d = 0,1 g, ex = 0,1 g, h = ± 0,1 g, s = 0,05 g.
Mittausepävarmuus: + 0,2 g.

Huoltoon suositus: d = 0,1 g, ex = 0,5 g, h = ± 0,5 g, s = 0,1 g.
Mittausepävarmuus: + 0,7 g.

Korkealuokkaistenkin uusien laboratoriovaakojen mittausepävarmuus on luokkaa ± 1 … 3 d.
Kun vaa’an mittausepävarmuus on suuri ±> 5 d, tulisi vaaka huollattaa, koska ”tarkimman” numeron voi suuren mittausepävarmuuden takia käytännössä peittää.

Miniminäytemäärä (”minimikuorma”)?

Minimikuorman nimi muutettiin miniminäytemääräksi syystä, jottei syntyisi käsitystä, että taara-astian voisi laskea osaksi minimikuormaa.
Kyse on siis pienimmästä sallitusta nettopainosta, jota punnitessa suhteellinen virhe jää tälle nettokuormalle sallittua raja-arvoa pienemmäksi. Nettokuorma on siis pienin mahdollinen näytemäärä, joka kyseisellä vaa’alla voidaan luotettavasti ja ”virheettä” punnita.

Miniminäytemäärän suuruuteen vaikuttavat:

• Mittalaitteen toistokyky niissä ympäristöolosuhteissa, jossa kyseisellä mittalaitteella näitä mittauksia tehdään, vaa’alla punnittaessa vaa’an tekniset ominaisuudet (vaakakoneisto + häiriösuodatuksen tehokkuus), vaa’an toistokyky työympäristössä vallitsevien häiriövaikutusten alla.
• Mittauksille suurin sallittu suhteellinen mittausvirhe (%).
• Mittauksille haluttu (/ vaadittu) luotettavuustaso ja tätä vastaava kattavuuskerroin.

Kattavuuskerroin ja luettavuustaso.

Voitte määrittää vaa’allenne miniminäytemäärän helposti myös itse, käyttämällä EURAMET Calibration Guide Nr 18 mukaista menetelmää:

• Suorita vaa’alla toistokykymittaus (10 punnitusta)
• Laske tuloksista keskihajonta [s]
• Gaussin käyrä ja varmuuskerroin:
  • Jos 95,6 % kattavuus on riittävä, valitse kertoimeksi k = 2
  • Jos halutaan 99,9 % kattavuus, valitse kertoimeksi k = 3
• Sallittu suhteellinen virhe:
  • Jos hyväksyt 1 % suhteellisen virheen, valitse kertoimeksi p = 100
  • Jos punnitusvirhe saa olla vain 0,1 %, valitse kertoimeksi p = 1000

Miniminäytemäärä min. = k*p*s

Esimerkki: toistokyky [s]= 0,01 g, varmuuskerroin [k] = 2 ja sallittu suhteellinen virhe toleranssi [p] = 0,1 %:
Min. = 2 * 1000 * 0,01 g = 20,00 g.

Vaa’alla voi toki punnita myös alle minimi-näytemäärän silloin, kun virheen suurudella ole merkitystä, vaan pelkkä massan suuruusluokka riittää. Tuolloin punnitusvirhe on hyvin todennäköisesti – ja saakin olla – (todennäköisyys … vertaa kattavuuskerroin <-> luotettavuustaso) suurempi kuin sallittu suhteellinen virhe
Sallittu suhteellinen punnitusvirhe määritetään työn edellyttämän tarkkuusvaatimuksen mukaan, jonka löydät työohjeistuksistanne (vaadittu mittaustarkkuus työssä määrittää suuruuden).

Mittausepävarmuus.

Vaa’an hintaan vaikuttavia tekijöitä:

• Vaaka-anturi:
  • Rakennetyyppi
  • Resoluutio
  • Laadukkuus
• Tyyppihyväksynnät: CE-OIML (stabiilimpi tuote)
• Rakennemateriaalit:
  • Runko, kuoret, mekaniikka (metalli vs. muovi)
  • Elektroniikka (laatuluokka => käyttöikä ja varmuus)
• Laadunvalvonta (tuotteen testausten määrä valmistusprosessin kuluessa)

”Hyvä tuote kirpaisee vain hankittaessa – huono joka kerta kun käytät.”