DE19645773A1 - Gravitationsfeldwaage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßsystem zur einheitlichen Messung von Massen, von Bewegungs- und Schwingungsgrößen der Massen, und von Niveau- und Wirkungsgrößen des Gravitationsfeldes.

Das Meßsystem besteht aus einer Anordnung in einem Gehäuse, z. B. aus Glas, worin oben der Systemträger befestigt ist. Die daran hängende Feldwaage besteht in der Hauptsache aus drei Arten von Bauteilen,

• - Zugfasern, z. B. Polyamid von 0,08 mm bis 0,16 mm Durchmesser,
• - Druck- und Zugplatten, z. B. Stahlplatten von 0,04 mm Stärke und 0,5 mm Stärke,
• - Hebelarme, z. B. Stahlrohre von 0,9 mm Außen-, und 0,6 mm Innendurchmesser.
• - Näheres über Hauptteile, Massen, Abmessungen von Ausführungsbeispielen: siehe - Tabelle 1 -
• - Näheres über räumliche Anordnung der Teile: siehe - Zeichnungen 1 bis 5.

Damit die Anordnung als Waage funktioniert, werden die Zugfasern am Ende des Waagenarms mit kleinen Waageschalen und Ösen verbunden.

Auf die Schalen sind kleine Gewichte aufzulegen, und in die Ösen sind Körper und Massen verschiedenster Art und Größe einzuhängen.

Sind die Körper und Massen ungleich schwer, so drehen und schwingen sie träge um die Drehachse des Systems. Dabei pendeln sie auch auf unterschiedliche Höhen im Schwerefeld auf und nieder.

Neben der Größe der Masse, als eine entscheidende Größe für die Stabilität und das Gleichgewicht des Systems, sind dabei noch eine Vielfalt von Bewegungen und Wirkungen zu messen, starke wie schwache, bekannte und unbekannte.

Deren genaue und vor allem sichere Messung ist von praktischer Bedeutung.

Die erfindungsgemäße Lösung dient dazu, diese Größen genauer und sicherer als mit bekannten technischen Lösungen einheitlich zu messen durch in der Anordnung der Teile sicher festliegende, und damit zuverlässig reproduzierbare gemeinsame Bezugspunkte der Bewegung der Massen zueinander und der Schwebung im Schwerefeld.

Dazu sind in die beschriebene Anordnung zwei unabhängige Meßsysteme fest einge­ baut, und zwei Skalen, insbesondere als Winkel- und Längenskala, integriert.

Damit sind

• - zeitabhängige Größen, Dreh- und Trägheitsbewegungen zu messen, Schwingungen der trägen Masse zueinander, die sich durch den Waagenhebel zwischen den in den Ösen hängenden, und auf Waageschalen liegenden Massen durch die Faserspannung übertra­ gen und erhalten, bis zum Einpendeln des Zeigers auf einen festen Wert des Winkelausschlages,
• - raumabhängige Größen, Schwere- und Feldwirkungen zu messen, der Abstand der Drehachse über dem Erdboden, der Abstand der Masse von der Nullinie (Zeichnung 3 - Schwerpunktebenen) und Drehebene, und durch die Messung der Höhe der Masse während der stabilen Schwebung die Bezugsebene der schwachen Feld- und Wirkungs­ linien der Änderung der Gravitationsbeschleunigung in Abhängigkeit von der Höhe des Niveaus der im Gleichgewicht an den Fasern schwebenden Masse über dem Erdboden, die sich pro 1 m Höhenunterschied um etwa 3millionstel Meter pro Quadratsekunde ändert, (3.10^-6 m/s²), das sind auf 1 cm Höhenunterschied etwa 30 milliardstel Einheiten der Schwerebeschleunigung (3.10^-8 m/s²).

Diese Tatsache ist für die sichere und genaue Messung kleiner Massen, die im Schwerefeld stabil schweben, und kleinster Massendifferenzen von prinzipieller prakti­ scher Bedeutung, weil in dieser Größenordnung heute die Meßgrenze der bekannten technischen Lösungen der Massenmessung mit Mikrowaagen liegt.

Eine heutige moderne Supermikrowaage - wie z. B. die S 4 - SATORIUS supermicro - bringt es bis auf die Ablesung von 0,1 Mikrogramm, bezogen auf 4 Gramm Höchstlast. Das entspricht der relativen Genauigkeit und Teilung der Bezugsmasse von 2,5.10^-8.

Das kommt vergleichsweise bis auf eine Größenordnung an die Änderung der Fallbe­ schleunigung von 9,81 m/s²auf einem mittlerem Breitengrad auf der Höhe des Meeresniveaus heran, die sich auf 1 cm Niveauunterschied und Höhendifferenz relativ um etwa 3.10^-9 ändert. Diese Änderung ist bei 4 g Last der Wirkung des Gewichtes von 0,012 µg Masse pro 1 cm Höhendifferenz gleichwertig.

Bei 10 cm Erhöhung des Standortes der Waage entspricht das bereits der Wirkung der Schwere, bzw. der Wirkung eines Mikrogewichtes von 0,12 µg Masse - das liegt voll im Ablesebereich der Waage.

Darum sind Präzisionswaagen für die sichere, genaue Massenmessung im Mikro­ grammbereich ab einer bestimmten Meßgrenze prinzipiell nicht erfolgreich zu bauen und praktisch einzusetzen, ohne beide Wirkungen im Meßsystem selbst von Anfang an vereint direkt zu messen.

Zu diesem Zweck sind in der Gravitationsfeldwaage zwei Anzeige- und Ablesevorrich­ tungen angeordnet.

Dafür besitzt die erfindungsgemäße Lösung zwei Meßsysteme, und zwei Skalen.

Die Anordnung ist so beschaffen, daß der Ausgleich der Trägheitskräfte durch Schwin­ gung und Drehung in den gleichen Spannungszonen und kleinen Drehbereichen geschieht - diese liegen in der Zwei-"Punkt"-Aufhängung der Platten- und Hebelanordnung knappüber der Führungsplatte in der tragenden Doppelfaser fest -, wodurch auch die Wirkung der Zuglast der schweren Masse auf den Systemträger kommt, und von da auf das Waagengehäuse, und von da wieder auf den Erdboden.

Die sicher bestimmte Lage der Bezugsstellen für die einheitliche Messung von Zeit und Raum, für die Bewegung der Massen und für die Wirkung des Schwerefeldes, in kleinsten Querschnitten von wenige tausendstel Quadratmillimeter Fläche unterscheidet die erfin­ dungsgemäße Lösung physikalisch und technisch von bekannten Lösungen des Wägens von Massen prinzipiell.

Bei der gewöhnlichen Hebelwaage z.B, dreht sich der Waagenarm um die Mittelschnei­ de. Das Gehänge ruht auf Seitenschneiden, die einige Millimeter bis wenige Zentimeter lang sind. Die Reibungsfläche ist recht groß. Durch die Wälzung der Kanten aufeinander geht die Parallelität verloren, so daß keine gerade Drehachse, und keine genaue Wägung mehr zu erzielen ist.

Diese Nachteile bekannter Verfahren sind durch die Lösung der Aufgabe zu beheben, die Schneide und das Lager durch eine technisch prinzipiell neuartige Aufhängung zu ersetzen.

Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Anordnung durch die im Patentan­ spruch im kennzeichnenden Teil beschriebene, und hier näher erläuterte Aufhängung des Systems gelöst.

Der Ausgleich der Trägheitskraft und der Schwerkraft geht zwingend durch die kleine Querschnittszone vor sich, worin die Doppelfaser in die Bohrlöcher der Führungsplatte eintritt. Unter dieser Platte sitzen die Fasern, getrennt für sich, fest. - Zeichnung 2 -.

Das ganze Meßsystem ruht fest damit stabil in zwei sehr kleinen Zonen, die nicht größer sind, als wenige milliardstel Quadratmeter, zweimal 5.10^-9 m², bzw. 5.10^-3 mm² Fläche. Darin liegen die hauptsächlichen Drehzonen fest. Die Hauptdrehung geschieht bei geringer Last etwa dort, wo die Faser frei beweglich aus der Platte tritt.

Die Gebiete sind so klein, daß sie näherungsweise als "Punkte" anzusehen sind. Weil dazwischen keine bewegende Kanten und Reibungszone liegt, dreht sich das ganze System um diese beiden Punkte, als wären es stabile Lager.

Die Parallelität der Drehpunkte ergibt sich damit bei jeder Lage des Systems von selbst, weil Kanten, die sich auf ganzer Länge dazwischen immer wieder irgendwo berühren, nicht vorhanden sind.

Durch diese Trag- und Spannungszonen geht die Wirkung der Last hindurch. Dadurch sind feste Bezugsstellen in der Anordnung geschaffen worden, wodurch ebenfalls die Bewegung und der Impuls der trägen Massen übertragen wird.

Die Verwendung dünner Fasern, statt schwerer Gestänge, hat außer der sicheren Darstellung der Spannungs- und Kraftlinien, und Bezugspunkte und Bezugsebenen, noch den weiteren großen Vorteil, daß das die Eigenmasse erheblich mindert.

Mit dieser Anordnung sind in bezug auf scharf bestimmte, kleine Trag- und Drehzonen in jedem Moment die zeitabhängig veränderlichen Größen, wie die durch Schwingung und Drehung zu bestimmen sind, und die raumabhängigen Größen, wie sie durch die Höhe des Niveaus zu bestimmen sind, wo die Massen zum Schweben kommen, einheitlich zu messen.

Damit sind unabhängige Bewegungen und Wirkungen, Drehungen und Schwingungen träger Massen, und Gravitationswirkungen und Faserspannungen schwerer Massen in bezug auf sicher definierte gemeinsame Punkte, Linien, und Ebenen, technisch realisiert durch kleinstmögliche Querschnitte, z. B. einer Faser, einer Bohrung, eines Führungsstüc­ kes, durch zwei unabhängige Meßsysteme und Skalen sicher zu messen.

Dabei kommt durch die beiden Aufhängungs"punkte" des Systems die Wechselwir­ kung der trägen Massen über das Hebelsystem in jedem Moment, und die Feldwirkung der schweren Masse bei jeder Stellung über die Schwebung auf der Höhe zustande. Beide Wirkungen der Massen kommen auf die Führungsplatte, von da auf das Gehäuse, und von da zurück auf den Erdboden.

Auf diese Weise sind die Wirkungen der trägen Massen durch die Momente des Übergewichtes und der Schwere der Massen durch die Stellen des Gleichgewichtes durch zwei unabhängige Meßsysteme streng getrennt zu messen, und doch durch in jedem Moment und in jeder Stelle einheitlich verbundene Wirkungen, durch die gemeinsamen Bezugspunkte dieser Anordnung aus Hebeln, Zug- und Druckplatten, und Zugfasern.

Zur Ablesung der unabhängigen Wirkungen dient die integrierte Skala - Abb. 4 -, worauf die Winkel- und die Abstandsgröße gleichzeitig abzulesen ist.

Die heute bekannten technischen Lösungen zur Messung von Masse, wie die Hebel­ waage, oder die Torsionswaage, und zur Messung von Schwebungen im Schwerefeld, wie das Schwerependel, besitzen keine einheitlichen Bezugspunkte von dieser Art, so daß damit keine einheitliche starke Wirkung der Schwere direkt durch das Gewicht und keine schwache Wirkung des Schwerefeldes direkt durch die Änderung der Schwebung auf der Höhe zu messen ist.

Dabei kommt bei den bekannten Lösungen nachteilig noch die Unbestimmtheit der Meßgrößen ab einer bestimmten Grenze hinzu, z. B. durch die Störungskraft infolge der Reibung auf der Schneidenfläche, so daß sich damit keine technische Lösung ergibt, womit die an sich bekannten Probleme bei der Erhöhung der Genauigkeit der Massenmessung und der Sicherheit der Messung der Feldstärkewirkung zu beheben sind.

Mit der beschriebenen erfindungsgemäßen neuen Anordnung sind in bezug auf kleinste Übergangsbereiche die Wirkungen fast wie in bezug auf Punkte mit großer Sicherheit bezüglich der Lage in Raum und Zeit bestimmt, und einheitlich zu messen.

Dabei zeigt sich auch, daß im Zustand des Gleichgewichts kein Eintreten der Ruhe zu beobachten ist, denn die Erhaltung des Gleichgewichtes ist an eine schwache - mit bloßem Auge zuletzt kaum noch sichtbare - Bewegung gekoppelt, womit die Massen um eine feste Höhe im Gravitationsfeld schweben.

Frühere technische Lösungen für die Präzisionsmessung von Massen waren vorzugs­ weise als Anordnungen in Form der Hebelwaage ausgebildet, etwa in der Art der Apothe­ kerwaage.

Heutige moderne Laborwaagen, wie die Analysenwaagen und die Mikrowaagen, nutzen vorzugsweise die elastische Kraft.

Dabei wird der Druck, die Spannung, oder die Verformungskraft eines Metallstücks, oder eines Biege- oder Torsionsstabes gemessen, der dem Gewicht der Masse entspricht, womit diese auf die Unterlage drückt, womit die Feder gespannt, und der Stab verformt wird.

Die Tabellen 1 und 2 bringen ausgewählte technische Daten bereits gebauter und erprobter Funktionsmuster kleiner Gravitationsfeldwaagen.

Den räumlich-geometrischen Aufbau zeigen die Zeichnungen 1 bis 3.

Das Eigengewicht der Feldwaage aus Edelstahl bleibt unter 1,3 Gramm.

Sie wiegt mit Reguliermasse etwa 1,8 g.

Die Wirkungsweise der Reguliermasse ist ähnlich einem Gegengewicht. Der Regu­ lierstab, worauf die Masse verschoben wird, steht dem Drehzeiger gegenüber. Das Hochschieben des Gewichtes hebt den unter dem Drehpunkt liegenden resultierenden Schwerpunkt des Systems an. Damit kommt dieser mehr in die Nähe der Drehachse.

Das System dreht leichter, und reagiert empfindlicher auf Übergewicht, aber auch auf Störung.

Diese Feldwaage ist ganz aus hochlegierten Stahlteilen angefertigt worden - aus Stahlplättchen, und Stahlrohr - mit Zugfestigkeiten zwischen 60. . .70 kp/mm².

Eine zweite technische Ausführung der Feldwaage besitzt einen Waagenarm aus Messingrohr, und 4 Waagenschalen von je etwa 6 cm² Auflagefläche aus Aluminium.

Die Eigenmasse beträgt unter 5 Gramm.

Mit Feldwaagen ist die Miniaturisierung von Waagen in großem Umfang technisch realisierbar, denn die Eigenmasse ist gering im Vergleich bekannter Waagen.

Dadurch verbessert sich auch das Verhältnis der Masse der Waage zu der Nutzmasse - zum Übergewicht auf der Waageschale.

Trotz der Leichtigkeit bleibt die Festigkeit der Konstruktion durch den Einsatz zugfester sowie gehärteter Bauteile sicher.

Das geringe Eigengewicht, und die dazu im Verhältnis große wägbare Masse, und die kleine geometrischer Abmessung der Waagenkonstruktion, stehen im Vergleich mit den bekannten technischen Lösungen als eine einzigartige neue technische Lösung da.

Bei der gewöhnlichen Waage wiegt allein der Mechanismus der Schneide schwerer. Die Kleinheit der Eigenmasse einer Feldwaage hat auch Bedeutung für die Erhöhung der Genauigkeit der Messung kleiner Massen, denn je leichter die Waage, desto kleinere Übergewichte sind damit zu messen.

Die Anzeige der 1,3-Gramm-Feldwaage bleibt, ohne Regulierung der Empfindlichkeit bei Einhängen einer 30fach größeren Last in die untersten Lastösen - das ist 17 cm unter dem Drehpunkt - noch ziemlich klein; etwa 0,1 Gramm pro ein 1 Grad Zeigerausschlag.

Die Anzeige der 5-g-Waage betrug unreguliert, aber nur mit kleiner Zulage gemessen, dagegen schon 0,002 Gramm (0,2 mg) pro 1 Grad. (1° = 0,002 g).

Die Feldwaage ermöglicht es, Massen im Milligrammbereich - wobei die Mikrogramm- Reiter besser mit der Lupe zu handhaben sind -, fast ähnlich schnell und sicher wie mit einer gewöhnlichen Schnellwaage im Gramm- oder Kilogrammbereich zu messen.

Die Tabelle 2 bringt ein weiterführendes Beispiel für die Empfindlichkeit einer regulier­ ten Gravitationsfeldwaage.

Die Grenzgenauigkeit liegt im kritischen Bereich. Diesen anzusteuern und einzuhalten erfordert besondere Vorkehrungen. Hier ergeben sich Möglichkeiten in der unteren Region des Mikrogrammbereiches: Die mögliche Genauigkeit ist mit 0,000 000 0055 Gramm auf 1 Grad anzugeben; d. h. es geht um Massenunterschiede von 0,0055 µg.

Über die Realisierung solcher Messungen mit Feldwaagen ist in unbekannte neue Bereiche der Massenmessung zu kommen.

Das sind Bereiche, wo die Änderung der Fallbeschleunigung über wenige Zentimeter Höhenunterschied bereits prinzipielle und wachsende Bedeutung erlangt, je kleiner der die Masse wird. Das wirkt sich daher bei jeder Präzisionsmessung von Masse aus. Die Änderung der Fallbeschleunigung mit der Höhe ist schwach; sie beträgt verhältnismäßig nur etwa 0,31.10^-77 pro 1 m, oder sogar nur etwa 0,31.10^-8 pro 1 cm.

Diese schwache Änderung der Feldwirkung erlangt im Bereich kleinster Massen technische und physikalische prinzipielle Bedeutung.

Denn eine auf einem etwas höheren Niveau schwebende Masse ist um eine kleine Masse im Mikrobereich etwas leichter, und die auf einem etwas tieferen Niveau schweben­ de Masse ist um eine kleine Masse im Mikrobereich etwas schwerer; und der Unterschied der Schwere der Massen hängt von nichts weiter ab, als von der Höhe der Schwebung im Schwerefeld in einem stabilen System, wie in der Feldwaage.

Heute erreicht die Ablesung moderner Laborwaagen bis 0,1 Mikrogramm Masse, bezogen auf 2 bis 4 Gramm Last.

Das wird mit Analysen- und Mikrowaagen erzielt, welche die SARTORIUS AG in Göttingen, oder die TOLEDO-METTLER GmbH in Gießen, für den Laborbereich handelsüblich anbieten. Das entspricht der relativen Ablese-Genauigkeit von 2,5.10^-8.

Bei dieser Ablesung ist die Grenze zu dem Bereich erreicht, wo die starke Wirkung der schweren Masse durch das Gewicht und die schwache Wirkung des Schwerefeldes durch die Änderung der Schwere in Abhängigkeit der Höhe des Niveaus direkt ineinander übergehende, gleichwertige und vergleichbare physikalische Wirkungen werden.

Um diese Wirkungen prinzipiell getrennt zu messen, sind dann auch prinzipiell neue technische Lösungen, Meßsysteme und Waagen, zu schaffen, z. B. Meßsysteme wie die hier beschriebene Gravitationsfeldwaage, die über zwei Meßsysteme und Anzeigevorrich­ tungen verfügt, eines für die starke Wirkung des Gewichtes und für die Messung der Bewegung infolge des Übergewichtes der Massen, und eines für die schwache Wirkung des Schwerefeldes und für die Messung der Änderung der Schwere mit der Höhe des Niveaus der Schwebung der Massen im Gleichgewicht.

Tabelle 1 Technische Daten einer Ganzstahl-Gravitationsfeldwaage

Grundkonfiguration:
Eigenmasse des Meßsystems ohne Reguliermasse: unter 1,4 Gramm
Zeigerlänge für die Winkelanzeige-/Drehmomentenskala: 85 mm
Meßsystem I für Dreh-Trägheitsmomente: 30 Grad-Winkel-Skala; Direktmessung der Änderung des Drehwinkels
Meßsystem II für Feldstärkewirkung: 180 Millimeter-Skala; Direktmessung der Änderung der Niveauhöhe

4

Waageschalen aus Edelstahl, 2 Quadratzentimeter Auflagefläche für Mikromassen
Last-Waagebereich: An Ösen große Lasten 1 g. . .200 g l auf Waageschalen Mikromassen 1 g bis von 0,01 Mikrogramm
Empfindlichkeitsbereich: stufenlos regulierbar zwischen 0,01 g bis 0,01 Mikrogramm
Direktablesung: Zeiger-Winkel-Skala auf 0,5 Grad/Niveau-Höhen-Skala auf 0,5 mm (ohne Zusatzoptik, ohne Elektronik)
Gehäuse: Glas o. Polyacryl, durchsichtig, freier Blick auf Wägestücke, Waageschale, und Skalen

Tabelle 2 Technische Daten einer empfindlichkeitsregulierten Gravitationsfeldwaage

Berechnung der Empfindlichkeitsgrenze durch die Einstellung von Reguliermasse und Abstand auf dem Regulierstab für die einfachste Grundkonfiguration des Meßsystems
- konstante Eigenmasse bei 4 eingehängten Waageschalen, ohne anhängende Lasten

Claims (3)

1. Gravitationsfeldwaage
Anordnung für die Messung des Übergewichtes von Massen und für die Wirkung des Schwerefeldes auf die Größe der Masse in Abhängigkeit von der Höhe der Schwebung im Gleichgewicht im Schwerefeld und vom Aufstellungsort, dadurch gekennzeichnet,
A) daß die Anordnung zwei Meßsysteme besitzt,

• - Meßsystem I für den Abstand der Masse unter der Horizontalebene durch die Drehpunkte in bezug auf die Stellen der Schwebung im Massengleichgewicht,
• - Meßsystem II für den Drehwinkel des Waagebalkens zwischen den Momenten des Übergewichtes beim Zulegen von Massen oder durch Einwirkung des Schwerefeldes und des Gleichgewichtes,
  das System II besteht aus dem senkrecht angeordneten Drehzeiger (7) und der Winkelskala (8) mit dem Nullpunkt im Drehpunkt, wodurch zeitabhängige Größen zu messen und zu bestimmen sind, wie Winkelausschlag des Zeigers, Dauer und Frequenz des Ausschlages, Drehmoment des Balkens, Trägheitsbeschleunigung, bewegende Kraft,
  das System II besteht aus einem horizontal angeordneten Niveauzeiger (9) und der senkrecht stehenden Schwebungs-Millimeterskala (10), wodurch raumabhängige Größen zu messen und zu bestimmen sind, wie Abstand des Schwerpunktes von der Horizontalebene während des Verharrens in der Schwebung, Höhe des Schwerpunktes über Normal (Meeresniveau), Änderung der Schwerebeschleunigung in Abhängigkeit der Höhe über Normal; (Zeichnung 1).
• B) daß die Anordnung in einer parallelen Doppelfaser (3) aus zugfestem biegsamem elastischem Material, wie Quarzfaden, Polyamidfaser, Kohlenstoffaser, mit Durchmesser zwischen einige Mikrometer (Mikrowaage) und einige Millimeter (Großwaage) frei schwe­ bend im Schwerefeld hängt,
  wobei beide Fasern aus der tiefsten Platte des Auflagesystems, der aus Stahl bestehenden dünnen Führungslochplatte (5a) durch paßgenaue Bohrung austreten, von da zum Systemträger (1) am Gehäuse (2) hochgehen, in dieser Führung schwebt die Anordnung; auf die Führungsplatte ist die Tragplatte (5b) montiert, z. B. aus 0,5 mm dickem Stahl; darauf der Waagebalken (4a), vorzugsweise ein dünnes Stahlrohr,
  wobei die Wirkung der Last durch die Einhängung in gleichartige Führungsplatten durch die Mittelpunkte der Bohrlöcher und die Fasermitten in sicher definierten Stellen und Linien im System von der Masse bis zum Gehäuse verläuft,
  mittig auf dem Waagebalken steht fest verschweißt oder aufgeklebt die vorzugsweise kreisabschnittsförmige dünne Zugplatte (4b), die den Zug der Last deranhängenden Masse von den Balkenenden aufnimmt, als Druck auf die Tragplatte und die Führungsplatte in die Systemmitte bringt, und das Rohr entlastet;
  dabei kann das Auflagesystem aus einem Formstück von gleicher Funktion bestehen;
  dabei ragt in der Mitte der Zugplatte fest montiert ein Stahlstab auf, worauf eine Masse zur Hebung des resultierenden Schwerpunktes und zur Empfindlichkeitsregulierung (4c) verschiebbar aufsitzt, damit ist bis kurz vor den kritischen Punkt des Kippens zu regulieren, und der Meßbereich abzustimmen;
  
• darunter ist auf die Führungsplatte der Drehzeiger (7) für den Drehwinkel montiert, der die Drehung des Waagebalkens beim Ungleichwerden der Masse anzeigt,
  an den Enden des Waagebalkens sind kleine Führungsrohre (4d) senkrecht befestigt, woraus die Seitenfaser, von ähnlichem Durchmesser wie die Führungsfaser, austritt,
  daran hängen spiegelbildlich gleich Waageschalen links (61l,1), (61l,2). . . und Waage­ schalen rechts (6r,1), (6r,2),. . . für Kleinmassen und Zulagegewichte, darunter Lastösen (6b) für schwere Massen, für voluminöse Körper, oder Flüssigkeitsbehälter, wie Reagenzgläser, die durch Lasthaken (6c) leicht einzuhängen sind; die Schwerpunkte richten sich von selbst lotrecht aus, parallel zur Seitenfaser;
  für den Einsatz der Anordnung als Gravitationsfeldwaage und zur Messung der Wirkung des Schwerefeldes auf die Größe der Masse in Abhängigkeit der Höhe der Schwebung werden mindestens 4 Waageschalen und Ösen gebraucht,
  für den Einsatz der Anordnung als Labor- und Analysenwaage zur Messung des Übergewichtes genügen bereits 2 Waageschalen und Ösen; (Zeichnung 2).
• C) daß die Skalen beider Meßsysteme der Anordnung in einer Doppel-Skala integriert sind, (Zeichnung 4),
  daß die Längen- und Niveauskala I des Meßsystemes I der Anordnung, für den Abstand der Waageschale von der Horizontalebene und für die Höhe des Schwerpunktes über Normal in den Stellen der Schwebung und des Massengleichgewichtes, parallel zur Seitenfaser senkrecht vor dem Beobachter angeordnet ist, so daß in Auflicht- und in Durchlichtprojektion abzulesen ist, neben der Längen-Skala ist noch eine Feldstärke-Skala anzubringen, die auch auf Masseneinheiten und Mikrogramm geeicht sein kann,
  die Ablesung des Schwebungspunktes im Raum erfolgt am Niveauzeiger (91), an der Unterkante Waageschale, oder am Markierungspunkt für den Schwerpunkt;
  daß die Winkelskala II des Meßsystemes II der Anordnung, für den Drehwinkel des Waagebalkens zwischen den Momenten des Übergewichtes beim Zulegen von Masse oder durch Einwirkung des Schwerefeldes, hinter dem Drehzeiger montiert ist, der bei einem Impuls, der auf eine Masse wirkt, mit der Spitze über die Winkelteilung (8) fährt,
  wobei die mit dieser Anordnung gewonnenen Meßwerte durch Meßwerteaufnahme und -umwandlung in an sich bekannter Weise weiter zu verarbeiten, zu verstärken, und in geeigneter Form auszugeben sind, wie Ziffernanzeige per Display, Protokoll per Drucker;
  dabei kann die miniaturisierte Anordnung in ein Meßgerät integriert werden, und mit kalibrierten oder geeichten Massen auf konstanten Niveaus hierin als Signalgeber arbeiten.

2. Gravitationsfeldwaage nach Anspruch 1, vorzugsweise als Präzisionswaage für das schnelle und sichere Wägen von Massen im Milligramm- und Mikrogrammbereich, dadurch gekennzeichnet,
A) daß die Anordnung wahlweise über beide Meßsysteme und die integrierte Anzeige von Drehwinkel und Niveauhöhe,
oder nur über das Meßsystem I und die Längenskala für den Abstand der Masse von der Horizontalebene in den Stellen der Schwebung im Massengleichgewicht, oder nur über das Meßsystem II und die Drehwinkelskala für den Drehwinkel des Waagebalkens zwischen den Momenten des Übergewichtes beim Zulegen von Massen verfügt,
B) daß die Anordnung aus dem Einsatzzweck angepaßtem Material gefertigt wird, etwa das Mittelrohr aus Messing, Aluminium, usw.,
daß auf die für das sichere Schweben großer Last gegen die Eigenmasse erforderliche Tragplatte und Zugplatte verzichtet wird,
daß die Empfindlichkeitsregulierung weggelassen wird,
daß der Drehzeiger aus weniger haltbarem, leichtem Material (Kunststoff, Papier) ist,
daß das Rohr gleich auf die Führungsplatte montiert ist,
daß die Doppelfasern zur Erhöhung der Querstabilität symmetrisch schräg gespreizt zum Systemträger hochführen,
daß die Feldwaage als Präzisions-/Analysenwaage nur 2 bis 4 Waageschalen und Lastösen hat, und eine geringe Tiefe des Gehäuses,
daß die Drehwinkelskala um die Linearskala auf dem Waagerohr für schwere Milligrammreiter und leichte Mikrogewichte ergänzt wird, womit wie bei der Schnellwaage aus Abstand und Größe der Reitermasse von der Balkenmitte die Bestimmung des Übergewichtes durchzuführen ist,
daß die Waageschalen aus Aluminium sind, zwischen 6 cm² und 10 cm² (Zeichnung 5).

3. Mikrogewichte für die Gravitationsfeldwaage, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gewichte aus eingefärbten und besonders geformten, formstabilen künstlichen Fasern hergestellt sind, die eine konstante Dichte behalten, nicht hygroskopisch sind, und mit bestimmter Toleranz in definierter Abmessung sicher herzustellen sind, wie bestimmte Kohlenstoffaser, Polyamide, usw.,
daraus sind mit bloßem Auge oder unter der Lupe gut sichtbare Mikrogewichte und Reiter für die Gravitationsfeldwaage, die wenige Mikrogramm bis Bruchteile eines Mikro­ gramm Masse besitzen, anzufertigen und darzustellen,
damit sind in vorgegebener Toleranz darstellbare Mikrogewichte bis auf Bruchteile eines Mikrogramms darzustellen, zu vergleichen, und bei den Massen- und Feldmessungen zu verwenden.