瓦特天平: 對公斤的重新定義

公斤原器——即現今公斤所代表的質量標準——已慢慢過時。 因此科學家一直在尋求以自然常數對公斤重新定義。 瑞士聯邦計量科學研究所 (METAS) 將藉助電動裝置與瓦特天平實現新的質量定義。

METAS 並不預測明日的天氣,而是定義計量單位,例如公尺或公斤。 新的專案核心便是公斤,更確切地說是重新對公斤進行定義。 因為公斤是目前僅剩的一個以 1889 年所製造的材料、而不是以自然常數為基礎的計量單位。 這個所謂的公斤原器存放在巴黎,是一塊體積 39 mm x 39 mm 的鉑銥合金圓柱形砝碼。 多年來這件人工製品因其材料特性而在日積月累的污垢或磨損等影響下發生了變化。 當時,40 塊公斤原器被分別送往世界各地——在 METAS 的保險櫃內也存有一塊。 多年後將這些原器進行比較,會發現它們之間有幾微克的差異。

由此可見,公斤這一計量單位具有不精確性,這也是應重新透過自然常數來確定千克計量單位的原因。 採用電動裝置可實現這一理想,其中便需要借助瓦特天平。 瓦特天平是一種高度複雜的測量儀器,它能夠極精確地同時測量多個計量大小。 METAS 正與 maxon motor 合作研發一台這樣的天平。 在複雜的實驗過程中,將機械與電功率精確地進行比對。


高真空下的實驗

瓦特天平的一項重要功能由 maxon motor 的馬達負責。 重新定義公斤的多項實驗均在高真空條件下進行,因此對驅動器有極高的要求。 為此使用適宜真空環境並配備 MR 編碼器的 maxon EC22-HD 馬達 (100 W) 以及 maxon 位置控制器 EPOS2 24/5。
為避免形成顆粒,僅採用 maxon 的無刷馬達。 所用系統是一具 3 軸機器人,它可以執行各種動作,以在實驗過程中進行精確的測量。 maxon 驅動器可確保轉盤的精確運動以及質量轉換器不同元件的水平和垂直運動。

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