Budowa wagi laboratoryjnej przez tysiące lat prawie się nie zmieniła, była to najczęściej waga równoramienna; ale wraz z rozwojem elektroniki uległa znaczącej zmianie. Zwłaszcza koniec drugiej połowy XX wieku to wysyp nowych konstrukcji elektronicznych wag laboratoryjnych.

Każdy znany i liczący się, posiadający doświadczenie producent wag mechanicznych prowadził prace związane z budową elektronicznej wagi laboratoryjnej, która będzie mogła wyświetlać wynik ważenia w sposób pewny i szybki, przy prostej i nieskomplikowanej obsłudze. Pierwsze elektroniczne wagi laboratoryjne były produkowane przez światowych liderów branży wagowej takich jak Mettler Toledo, Sartorius, Ohaus, A&D.

Wagi laboratoryjne Ohaus, Sartorius, Axis, Radwag

Pod koniec lat 80 XX wieku dołączyły produkty nowopowstałych rodzimych firm takich jak Axis, Fawag i Radwag. Budowa wagi laboratoryjnej na przestrzeni lat zmieniała się, ale podstawowe elementy budowy wagi laboratoryjnej pozostały niezmienione do dziś. Obecne wagi laboratoryjne to waga laboratoryjna techniczna, waga laboratoryjna precyzyjna, analityczna oraz półmikroanalityczna.

O precyzji wskazań oraz komforcie pracy na urządzeniu decyduje również sposób jego wykonania, oraz funkcje, w jakie zostało wyposażone. Na jakie elementy powinniśmy zatem zwrócić uwagę, wybierając przyrząd pomiarowy do naszego laboratorium?

Jak wygląda budowa wagi laboratoryjnej?

  1. Obudowa wagi laboratoryjnej to część wagi, której celem jest ukrycie wszystkich niezbędnych elementów mechanizmu wagi i elektroniki, umożliwiając użytkownikowi dostęp tylko do szalki, na której będzie wykonywana operacja ważenia, a także dostęp do wyświetlacza z klawiaturą do jej obsługi. Obudowa dobrej wagi laboratoryjnej wykonana jest najczęściej z metalu, gwarantując odpowiednią sztywność konstrukcji i zabezpieczenie układów znajdujących się wewnątrz przed zakłóceniami elektromagnetycznymi. Odlew ciśnieniowy obudowy niestety był za drogi do produkcji taniej wagi laboratoryjnej i dlatego został zastąpiony obudową z tworzywa.


    Obudowa wagi laboratoryjnej

    Niestety obudowa wagi elektronicznej z tworzywa pomimo odpowiedniego usztywnienia, metalizacji stosowana jest głównie przy produkcji tanich prostych wag elektronicznych, nie gwarantując tak dobrych parametrów, jak solidne konstrukcje wykonane z metalu.

  2. Poziomica wagi laboratoryjnej i nóżki służące do poziomowania wagi. Tylko odpowiednio wypoziomowana waga laboratoryjna umożliwia spełnienie parametrów, jakie gwarantuje producent wagi laboratoryjnej, oddając ją użytkownikowi do pracy. Poziomowanie wagi wykonuje się poprzez odpowiednie wkręcanie lub wykręcanie nóżek wagi. Nóżka wagi laboratoryjnej wykonana jest z gwintowanego trzpienia i stopy wykonanej z tworzywa i/lub z gumy. Jakość wykonania nóżki często świadczy też o jakości wagi.

    Nóżki wagi laboratoryjnej

    Odpowiednio wypoziomowanie wagi laboratoryjnej na stabilnym podłożu (stół, konsola wagowa) jest jednym z ważniejszych czynników zapewniającym poprawne ważenie. Na szczęście konstrukcja poziomic stosowanych w wagach laboratoryjnych nie zmieniła się od lat – zadaniem użytkownika jest ustawienie pęcherzyka powietrza na jej środku. Uwaga -uszkodzona, rozlana poziomica wagowa jest czynnikiem odmowy legalizacji przez urzędnika Urzędu Miar.

    Czasami można spotkać układy automatycznego poziomowania wagi stosowane w produktach serii wag premium. Z racji, iż czynność poziomowania wagi laboratoryjnej przeprowadzamy jednorazowo przy jej ustawieniu na stanowisku pracy - nie jest to parametr wyposażenia wagi laboratoryjnej, który jest najważniejszy przy jej zakupie. Niezależnie od tego stan poziomicy i stabilność ustawienia nóżek regulacyjnych należy sprawdzać raz na jakiś czas- niedopuszczalne jest bujanie, wahanie wagi.

  3. Szalka wagi laboratoryjnej umożliwia wygodne położenie elementów ważonych i obsługę wagi. W zależności od konstrukcji wagi szalka może być umieszczona na krzyżaku lub jest wykonana z trzpieniem montowanym do konstrukcji wagi. Szalka wagi laboratoryjnej jest najczęściej okrągła lub prostokątna. Szalka wagi laboratoryjnej firmy Sartorius często jest trójkątna. Ze względu na ciężar szalka wagi laboratoryjnej jest przy zakupie pakowana oddzielne, aby nie uszkodzić czułego układu wagowego. Należy o tym pamiętać zwłaszcza przy przenoszeniu wagi laboratoryjnej oraz jej transporcie. Niedopuszczalne jest naciskanie palcem lub ręką na szalkę, ponieważ grozi to jej uszkodzeniem.

    Wymiar szalki wagi laboratoryjnej jest często powiązany z jej dokładnością i nośnością. Należy liczyć się z tym, że im większa szalka, tym mniejsza dokładność wagi i mimo gdy wybierzemy wagę dokładną z dużą szalką, nie będziemy mogli dokładnie ważyć w typowych warunkach. Jest to często popełniany błąd przez użytkowników, którzy decyzje o zakupie wagi podejmują na podstawie karty katalogowej i ceny, nie uwzględniając czynników zakłócających pracę wagi, takich jak: drgania, wibracje, podmuchy, przeciągi, zmienna temperatura itp.

    Szalka wagi laboratoryjnej

    Należy zaznaczyć, że szalka wagi laboratoryjnej im jest bardziej solidna, sztywna i ciężka to jest w stanie przenieść prostopadle siłę ciężkości ważonych elementów i będzie to miało wpływ na prawidłowy wynik ważenia. Niedopuszczalne jest nierównomierne uginanie się szalki wagi — występuje ono najczęściej przy tanich konstrukcjach wykonanych z tworzywa lub cienkiej blachy. Większość producentów zabezpiecza szalkę wagi laboratoryjnej przed przeciążeniem, stosując odpowiednio: odboje, zderzaki, sprężyny itp. mające na celu zabezpieczenie precyzyjnego układu pomiarowego wagi przed uszkodzeniem.

  4. Zasilacz wagi laboratoryjnej służy do dostosowania napięcia zasilania wagi do napięcia panującego w gniazdku elektrycznym użytkownika. Jeszcze do niedawna zasilacz wagi laboratoryjnej był montowany wewnątrz wagi. Rozwiązanie posiadało kilka wad związanych z bezpieczeństwem. Pierwsze z nich jest to, że kabel sieciowy 230 V był przyłączony bezpośrednio do wagi i w przypadku jego uszkodzenia mogłoby to stanowić poważne zagrożenie.

    Kolejnym elementem niekorzystnym było przeznaczenie wagi na określony rejon rynku – w zależności od regionu używano różnych wtyczek oraz innych napięć zasilania (np. Anglia, USA) - zmiany tych ustawień wymagały najczęściej interwencji serwisu. Najważniejsze jednak było pozbycie się źródła ciepła i zakłóceń; każde dodatkowe źródło ciepła to dla producenta wagi laboratoryjnej to dodatkowy kłopot, który musi uwzględnić i skompensować, aby waga laboratoryjna ważyła prawidłowo. Obecnie z tym problemem poradzono sobie, stosując zasilacze impulsowe wagi laboratoryjnej, wyposażone w różnorodne końcówki, umożliwiające pracę wagi na całym świecie z uwzględnieniem wymagań regionalnych.

    Zasilacz wagi laboratoryjnej

    Uwaga! Zewnętrzny zasilacz wyglądający nawet tak samo nie nadaje się do zasilania podobnej wagi. W pułapkę tą często wpadają użytkownicy wag Kern, Sartorius, Vibra gdzie zastosowano inną polaryzację. Tak samo należy uważać przy wymianie zasilaczy wag Cas i Radwag, gdyż w zależności od roku produkcji stosowane są inne zasilacze przy tych samych modelach wag — pomyłka grozi często nieodwracalnym uszkodzeniem wagi. Zewnętrzny zasilacz wagi laboratoryjnej w przypadku uszkodzenia powinien zostać wymieniony na taki sam lub polecany przez producenta. Stosowanie zamienników może być bardzo ryzykowne, bo poza typowymi parametrami zasilacza jest on dobrany tak, aby emitować zakłócenia mniejsze niż dopuszczalne w normie oraz zapewnić stabilną pracę urządzenia pomiarowego.

  5. Komora przeciwwiatrowa, inaczej szafka przeciwpodmuchowa to ważny element budowy wagi laboratoryjnej, którego celem jest zapewnienie jak najlepszych warunków pracy nawet przy niesprzyjających warunkach. Każda waga analityczna, a także niektóre wagi z dokładnością odczytu d = 1 mg posiadają komorę przeciwpodmuchową. Naturalna cyrkulacja powietrza w pomieszczeniu, a dodatkowo podmuchy i przeciągi mogą stanowić poważne źródło zakłóceń procesu ważenia, zwłaszcza dotyczy to małych naważek oraz dużych objętościowo próbek.

    Komora przeciwwiatrowa wagi laboratoryjnej

    Aby maksymalnie wyeliminować te czynniki, nieodzownym elementem budowy wagi laboratoryjnej jest osłona przeciwpodmuchowa, w oszczędnej wersji może to być osłona lub klosz wykonany ze szkła, lub tworzywa. Wagi laboratoryjne analityczne posiadają starannie wykonane szafki umożliwiające dostęp do komory ważenia z każdej strony wagi oraz z góry. Aby ułatwić otwieranie i zamykanie drzwiczek można to zrobić za pomocą odpowiedniego przycisku lub czujnika zbliżeniowego w wagach wyposażonych w funkcję Autodoor (np. wybrane modele wag Explorer Ohaus).

    Często elementem budowy wagi laboratoryjnej jest wbudowany w szafkę przeciwwiatrową jonizator, który ułatwia i umożliwia ważenie próbek, materiałów mających skłonność do elektryzowania się. Prostszą wersją zabezpieczenia się przed szkodliwym wpływem elektryzowania na proces ważenia jest listwa do usuwania ładunków zamocowana wewnątrz szafki przeciwpodmuchowej np.w wagach Ohaus Pioneer wersja PX.

  6. Wyświetlacz wagi laboratoryjnej na przestrzeni lat się bardzo zmienił. Początkowo były to lampy elektronowe, które zostały szybko wycofane ze względu na koszmarnie wysokie zużycie energii, wytwarzanie ciepła i kłopotliwe zasilane. Obecnie można jeszcze zobaczyć tego typu rozwiązanie w nieśmiertelnych wagach sklepowych firmy CAS Angel. Do końca lat 90 tych XX wieku były modne wyświetlacze typu LED. Wyświetlacz wagi laboratoryjnej mógł świecić w kolorze zielonym lub czerwonym, co przy ostrym oświetleniu słonecznym nie zapewniało odpowiedniej czytelności wskazań, natomiast było idealnym rozwiązaniem w pomieszczeniach zamkniętych.

    Wyświetlacz wagi laboratoryjnej
    Kolejną wadą wyświetlacza LED jest pobór energii za duży, aby zapewnić długi czas pracy na akumulatorach w wagach laboratoryjnych przenośnych, dlatego obecnie tego typu wyświetlacze są już rzadko stosowane. Tanie i pobierające małą moc wyświetlacze LCD zostały docenione przez producentów wag elektronicznych i są stosowane do dzisiaj. W droższych modelach wag zaczęto stosować wyświetlacze graficzne oraz kolorowe ekrany dotykowe VGA umożliwiające pełną interaktywną komunikację z użytkownikiem. Wyświetlacz wagi laboratoryjnej najczęściej jest zabezpieczony przezroczystą osłoną lub szybką. Uwaga — należy pamiętać, że te elementy wykonane są ze szkła i wymagają ostrożnej obsługi.

  7. Mechanizm wewnętrznej adiustacji wagi laboratoryjnej to bardzo ważny element budowy wagi laboratoryjnej. Stopień zaawansowania i wykonania tego mechanizmu wpływa na to, że cena wagi laboratoryjnej jest znacznie wyższa od wagi laboratoryjnej z adiustacją zewnętrzną. Błędnie nawet przez producentów nazywane te wagi są jako waga laboratoryjna z wewnętrzną kalibracją lub waga laboratoryjna z kalibracją zewnętrzną i dodatkowo do tego odważnik kalibracyjny zamiast wzorzec masy do adiustacji wagi.

    Celem adiustacji wewnętrznej jest zapewnienie maksymalnej dokładności wagi podczas całego czasu jej pracy, czyli przy zmianach temperatury, zmianach miejsca ustawienia wagi oraz wyeliminować proces wygrzewania, oraz wpływu innych czynników zakłócających. Wbudowany wewnętrzny "odważnik kalibracyjny" umożliwia przeprowadzenie adiustacji w następujących przypadkach:

    • zmiany temperatury otoczenia o +/- 1,5°C,
    • stałego interwału czasowego 3 – 6 godzin
    • na żądanie operatora.
    Pozwala to utrzymać jak najwyższą precyzję wskazań, pomimo upływu czasu lub zmiany miejsca i warunków użytkowania wagi. Częstym błędem popełnianym przez kupującego wagę laboratoryjną jest wybór wagi bez adiustacji wewnętrznej (kalibracji wewnętrznej) o dużej rozdzielczości i oczekiwanie takiej samej dokładności jak od wagi z adiustacją wewnętrzną podczas jej pracy. Parametry tej samej wagi producenta z adiustacją wewnętrzną i modelu z adiustacją zewnętrzną są takie same, ale pod warunkiem wykonywania jej zewnętrznym wzorcem masy zwanym odważnikiem adiustacyjnym w określonych warunkach i częstotliwością. Niestety tego już dział zakupów najczęściej nie doczytuje i nie zapoznaje się szczegółowo z załączoną instrukcją obsługi do wagi. Okazuje się wtedy, że aby waga działała poprawnie, należy dokupić często nietani odważnik — wzorzec masy do adiustacji wagi.

    Uwaga! Brak adiustacji zewnętrznym odważnikiem nie gwarantuje poprawnej pracy i kontroli wagi i jej dokładności. Dobra waga, która nie jest regularnie adiustowana, może pokazywać nawet z błędem rzędu kilkuset działek odczytowych, co jest spowodowane zmianą przyspieszenia ziemskiego g w miejscu jej pierwotnej adiustacji.
  1. Klawiatura i przyciski sterowania wagi laboratoryjnej to bardzo ważne elementy budowy wagi laboratoryjnej. Od ich jakości i ułożenia zależy komfort obsługi wagi laboratoryjnej. Niektórzy producenci potrafią dostarczyć urządzenie, którego obsługa jest intuicyjna i mnogość różnych funkcji nie utrudnia obsługi wagi. Dawniej poza wyłącznikiem zasilania był tylko przycisk Tara, co sprawiało, że korzystanie z wagi laboratoryjnej nie stanowiło problemu dla nikogo. Obecnie większość użytkowników również oczekuje łatwej obsługi, dlatego wagi laboratoryjne wyposażone w prostą kilkuprzyciskową klawiaturę i czytelny wyświetlacz — też są chętnie kupowane i dzisiaj.

    Klawiatura i przyciski wagi laboratoryjnej

    Oczywiście rozwój technologii umożliwił wprowadzenie wielu przydatnych funkcji, które są już teraz obecne nawet w tanich wagach laboratoryjnych, takie jak: bezdotykowe programowalne sensory reagujące na zbliżenie jako funkcja TARA czy otwarcie drzwi komory przeciwwiatrowej. W wagach bardziej zaawansowanych znajdują się też klawisze funkcyjne z możliwością ich programowania oraz klawiatura alfanumeryczna. Klawiatura i przyciski wymagają normalnego użytkowania — nie jest dopuszczalne korzystanie z ostrych narzędzi do jej obsługi. Najczęściej klawiatura ulega uszkodzeniu na skutek niewłaściwej obsługi.

  2. Mechanizm wagi elektronicznej laboratoryjnej i układ pomiarowy w zależności od producenta i rodzaju zastosowanego przetwornika różni się budową, ale zasadniczo jego zadaniem jest przekształcenie siły ciężkości materiału położonego na szalce wagi na cyfry widoczne na froncie wagi w wybranych jednostkach masy.

    Dla stosunkowo małych rozdzielczości wag rzędu do około 30 tys. działek odczytowych jest możliwe zastosowanie stosunkowo tanich tensometrów pod warunkiem spełnienia przez nie normy OIML, która gwarantuje właściwą pracę wagi w funkcji temperatury i czasu. Stosowanie dostępnych tanich tensometrów przeznaczonych do wag kuchennych w wagach laboratoryjnych jest wprowadzaniem w błąd użytkowników. „Wolność rynku” powoduje, że dostępne są wagi wykonane łudząco podobnie do wag przodujących producentów w bardzo atrakcyjnych cenach i podanych dziwnie dobrych parametrach- kupując wagę, warto zwrócić na to uwagę. Tylko renomowani producenci potrafią zrobić dobre wagi z przetwornikiem tensometrycznym.

    Tensometr wagi laboratoryjnej

    Kolejne wagi to wagi z przetwornikiem elektromagnetycznym, w których zmiany prądu potrzebnego do zrównoważenia ładunku na szalce są przekształcane na wartość wyświetlaną na wyświetlaczu. Innym rzadziej stosowanym przetwornikiem do pomiaru masy jest stosowany w budowie wagi przetwornik indukcyjny czy wibracyjny. Pomiar masy należy do jednych z dokładniejszych pomiarów właściwości fizycznych, gdzie rozdzielczości wielkości mierzonych sięgają milionów działek, dlatego budowa wagi laboratoryjnej wymaga zastosowania najnowocześniejszych dostępnych przetworników analogowo-cyfrowych oraz dostępnych technologii.

  3. Dodatkowe złącza i porty komunikacyjne występujące w wadze laboratoryjnej służą do podłączenia urządzeń zewnętrznych. Dawniej był to tylko port RS 232C służący do podłączenia drukarki lub komputera. Niektórzy producenci wag laboratoryjnych wyposażali je w złącze przycisku zewnętrznego Tara i Print. Dodatkowe przyciski ułatwiały pracę i obsługę wagi, często były to przyciski nożne.

    Złącza i porty komunikacyjne wagi laboratoryjnej

    Dostępne też są i były wyjścia progowe do zewnętrznych sygnalizatorów oraz złącza do pamięci zewnętrznych. Obecnie producenci prześcigają się ilością portów komunikacyjnych RS 232, USB-A, USB-B, Ethernet oraz możliwością podłączenia wagi poprzez Wi-Fi®. Mimo wszystko, większość z nich nie jest wykorzystywana, dlatego przy zakupie warto wybierać tylko te funkcje, które są nam niezbędne — w ten sposób eliminujemy źródła niepotrzebnych zakłóceń.

  4. Oznaczenia wagi laboratoryjnej elektronicznej. Budowa wagi laboratoryjnej musi spełnić wszystkie niezbędne wymagania, aby produkt był bezpieczny. Przy zakupie wagi należy bezwzględnie wymagać, aby waga posiadała certyfikat CE. W przypadku wag stosowanych w obszarach objętych obowiązkiem metrologii prawnej konieczne jest, aby waga posiadała właściwe oznaczenia świadczące o legalizacji. W momencie zakupu wagi bez legalizacji nie ma już możliwości dokonania legalizacji później, którą mógł wykonać wyłącznie producent, wystawiając odpowiednią deklarację zgodności.

    Brak poprawnych oznaczeń i informacji o producencie, deklaracji zgodności oraz informacji o parametrach wagi: działce odczytowej, działce legalizacyjnej, klasie wagi, typie/modelu, numerze fabrycznym, numerze jednostki notyfikowanej i instrukcji obsługi może świadczyć, że waga została nie do końca legalnie wprowadzona na rynek Unii Europejskiej i Polski i może to być przyczyną późniejszych kłopotów użytkownika. Przy zakupie wagi elektronicznej warto zwrócić uwagę na wszystkie powyższe punkty, aby cena wagi laboratoryjnej nie była najważniejszym powodem jej wyboru.

    Należy zwrócić uwagę na najważniejsze parametry i funkcje, które są nam w tej chwili potrzebne a zaoszczędzone środki przeznaczyć np. na wagę z mniejszą ilością i tak nieużywanych aplikacji, ale dobrego zaufanego producenta.

Zobacz wszystkie ciekawostki na temat wag laboratoryjnych: