In Schlagzeilen: Nachrichten aus der Abteilung - PTB

Mechanik und Akustik
Die Abteilung 1 Mechanik und Akustik besteht
aus den sieben Fachbereichen 1.1 Masse, 1.2
Festkörpermechanik, 1.3 Geschwindigkeit, 1.4
Gase, 1.5 Flüssigkeiten, 1.6 Schall und 1.7 Akustik
und Dynamik.
Nach einer abteilungsinternen Umstrukturierung
zum 1. April 2010 lassen sich die Arbeiten
der Abteilung 1 Mechanik und Akustik drei Themenbereichen
wie folgt zuordnen: Masse und
abgeleitete Größen (Fachbereiche 1.1, 1.2, 1.3,
1.7), Durchfluss (Fachbereiche 1.4, 1.5) sowie
Akustik, Ultraschall, Beschleunigung (Fachbereiche
1.3, 1.6, 1.7). Nachfolgend werden einige
wichtige Arbeiten und Schwerpunkte sowie
aktuelle Entwicklungen auf diesen Gebieten
vorgestellt.
Masse und abgeleitete Größen
Im Themenbereich Masse und abgeleitete Größen
wird in den Fachbereichen 1.1 Masse, 1.2 Festkörpermechanik,
1.3 Geschwindigkeit sowie 1.7
Akustik und Dynamik – basierend auf dem Einheiten-,
Eich- und Beschussgesetz sowie der
Einheitenverordnung und der Eichordnung
– an der Darstellung und Weitergabe der mechanischen
Einheiten für Masse, Kraft (statisch
und dynamisch), Drehmoment (statisch und
dynamisch) sowie dynamische Druckmessung
gearbeitet.
Zu den Kernaufgaben des Fachbereichs Masse
gehören in der Arbeitsgruppe Darstellung Masse
die Darstellung und Weitergabe der SI-Basiseinheit
Kilogramm im Bereich von 1 mg bis
5000 kg mit Hilfe des nationalen Kilogrammprototyps
Nr. 52 sowie in den Arbeitsgruppen
Waagen, Dynamisches Wägen und IT-Wägetechnik
die Prüfung von nichtselbsttätigen und selbsttätigen
Waagen und Waagenmodulen.
Titelbild:
Neue Einrichtung des Fachbereichs Akustik und
Dynamik zur Stoß-Kalibrierung von Kraftaufnehmern
mit Spitzenkräften bis zu 250 kN
42
1-kg-Siliziumkugeln werden im Rahmen eines
internationalen Projektes zur experimentellen
Bestimmung der Avogadro-Konstanten und
als Primärnormale der Festkörperdichte eingesetzt.
Aufgrund ihrer im Vergleich zu Kilogrammprototypen
und Stahlnormalen deutlich
geringeren Dichte sind zur Vermeidung
von Luftauftriebskorrektionen Massebestimmungen
im Vakuum (< 0,1 Pa) erforderlich, die
bislang allerdings durch einen relativ großen
Unsicherheitsbeitrag der Sorptionskorrektion
beeinträchtigt waren. Hier hat der Einsatz
neuer Sorptionskörper aus einer Platin-Iridium-Legierung
(PtIr 10) eine entscheidende
Verbesserung gebracht (Bild 1). Mit den vom
Wissenschaftlichen Gerätebau in Zusammenarbeit
mit dem BIPM (Sèvres) gefertigten Spezialkörpern
konnte in der Arbeitsgruppe Darstellung
Masse die Sorptionskorrektion von bisher etwa
7 µg auf 1 µg reduziert werden. Die Sorptionskörper
dienen hierbei als Transfernormale für
den Wechsel zwischen Luft und Vakuum.
Die Referenzmasse für den Masseanschluss der
Sorptionskörper und die Massebestimmung
der 28 Si-Kugel AVO28-S8 in Luft bildete der
Kilogrammprototyp Nr. 70 (Bild 1). Zusätzlich
wurden Luftauftriebskörper zur Bestimmung
der Luftdichte während der Vergleichsmessungen
in Luft verwendet. Den aus vier Luft-
und zwei Vakuum-Zyklen bestehenden Messverlauf
zeigt Bild 2.
Dargestellt sind die aus mindestens drei Wägeserien
zu je sechs Wägezyklen berechneten
Mittelwerte. Die Standardunsicherheit (k = 1)
der Massebestimmung in Luft beträgt u = 12 µg,
wobei die größten Beiträge zur Gesamtunsicherheit
aus der Luftdichtebestimmung (9 µg)
und der Masse des Kilogrammprototyps (6 µg)
resultieren. Für die Massebestimmung unter
Vakuumbedingungen konnte erstmals eine
Standardmessunsicherheit von 6,5 µg erreicht
werden, die sich im Wesentlichen aus der Unsicherheit
des Kilogrammprototyps (6 µg) und
der Sorptionskorrektion (1 µg) zusammensetzt.
Die Massedifferenz zwischen der ersten
und der zweiten Vakuummessung betrug weniger
als 1 µg, die Massedifferenz zwischen der
ersten und letzten Messung in Luft weniger als
2 µg. Insgesamt liegen die in Luft und Vakuum
bestimmten Massedifferenzen unter 2,5 µg.
Diese ungewöhnlich kleinen Sorptionseffekte
sprechen für eine hohe Oberflächenqualität der
28 Si-Kugel AVO28-S8.