Danas je nabavljena precizna digitalna analitička laboratorijska vaga BL 310, proizvod njemačke tvrtke Sartorius iz 2000. godine.
Povijest tvrtke Sartorius seže u 1890-te godine kada je Florenz Sartorius u Göttingenu osnovao mehaničku radionicu imena “Feinmechanische Werkstatt F. Sartorius” za proizvodnju analitičkih vaga. Njegove vage su postale međunarodno poznate te je ubrzo proširio portfelj proizvoda na inkubatore za uzgoj peradi, laboratorijske grijače za uzgoj bakterija, mikrotome, te na astronomske, geodetske i fizikalne instrumente. Godine 1927. Sartorius je suosnivač tvrtke za proizvodnju inovativnih membranskih filtara, a tijekom Drugog svjetskog rata je profitirao od industrije naoružanja i korištenja prisilnog rada. Nakon poslijeratnih sankcija tvrtka Sartorius se brzo oporavlja zahvaljujući potražnji laboratorijske opreme, pokretanju izvoza i plasiranju uspješnih proizvoda iz područja analitičkih vaga i membranskih filtara. Od sredine 1970-ih godina Sartorius je već uvelike prešao sa mehaničke na elektroničku tehnologiju izrade vaga te unaprijedio proizvodnju i specifikacije filtarskih membrana. Od sredine 1990-ih godina Sartorius se usredotočio na biotehnologiju koja je tada bila tek u povojima te su već početkom 2000-tih godina prihodi iz područja biotehnologije premašili prihode iz područja mehatronike. Spajanje Sartorius Biotechnology Division s francuskom tvrtkom Stedim Biosystems SA 2007. Godine rezultiralo je novom podgrupom Sartorius Stedim Biotech SA, koja se fokusira na biofarmaceutsku industriju. Sartorius se do danas razvio u jednu od vodećih biofarmaceutskih tvrtki sa širokim spektrom proizvoda i usluga iz područja laboratorijskih instrumenta i uređaja te bioprocesne tehnologije. Između ostalog i dalje proizvodi precizne laboratorijske analitičke vage. Ima svoju podružnicu i u Hrvatskoj (Sartorius Croatia).
Digitalna laboratorijska vaga Sartorius BL 310 ima opseg mjerenja 0,2 – 310 grama sa rezolucijom mjerenja 0,01 gram. Ovakve vrlo precizne vage koje se koriste za određivanje mase malih uzoraka s visokim stupnjem točnosti i preciznosti zovu se analitičke vage i najčešće se koriste u kemijskim laboratorijima.
Analitička vaga Sartorius BL 310 može prikazivati težinu u različitim mjernim jedinicama (gram, miligram, kilogram, funta, unca, troy unca, tael, grain, momme, tola, karat, baht, itd). Tu su također funkcije memoriranja i različitih računanja izmjerenih vrijednosti, mjerenje u postocima prema referentnoj težini, kalibracije vage na različite uvjete rada i slično.
Vaga ima samo četiri tipke koje dobivaju različite funkcije na kratak ili duži pritisak. To naravno nije dovoljno da se pristupi svim mogućnostima vage, tako da se izbornik bazira na troznamenkastim kodovima i točno određenim procedurama za pojedine funkcije i mjerenja. Svakako je uz ovu vagu potrebno stalno imati korisnički priručnik, barem dok se ne nauče one najčešće korištene procedure mjerenja. Osim toga, računalo na displeju prikazuje i različite simbole te kodove greški, prekoračenja, upozorenja i slično.
Što se tiče elektroničkih pločica, centralna komponenta je namjenski mikrokontroler R52307FN (Texas Instruments) za koji se danas više ne mogu naći nikakvi podaci. Slab analogni signal iz otporničkih senzora je svakako prvo potrebno pojačati i filtrirati tako da u blizini priključnice senzora nalazimo četiri čipa sa operacijskim pojačalima. To su operacijska pojačala visoke preciznosti OP177 (Analog Devices) i OP07C (Texas Instruments) te dva dvostruka operacijska pojačala LM358M (National Semiconductor). Za integrirani krug sa oznakom Pr.SBS-2/FP1 nismo našli nikakve podatke, no ukoliko MCU nema analogne ulaze onda je ovo vrlo vjerojatno A/D pretvarač za mjerni signal. Na pločici su još dva digitalna čipa: binarni brojač 74HC4020D (Philips) i dvostruki JK flip-flop 74HC73D (Philips). Ostalo su regulatori napona (8L05A i LP2951) i pretvarač pozitivnog u negativni napon (7660) vjerojatno za dobivanje simetričnog napona za napajanje operacijskih pojačala.
Kao senzor težine kod naše vage se koristi tzv. „Load Cell“. To je elastična metalna podloga na koju je zalijepljena posebno oblikovana električki vodljiva traka (žica). Znamo da električni otpor vodiča ovisi o njegovom presjeku i duljini pa tako što su vodiči, odnosno žice tanje i duže, to imaju veći električni otpor. Upravo ovo se koristi kod našeg senzora. Vodljiva žica od posebnog materijala spregnuta je sa elastičnom podlogom te se zajedno s njom pod utjecajem težine razvlači i istanjuje, odnosno s druge strane sabija i širi. Što se više razvlači (izdužuje) i istovremeno stanjuje to joj više raste električni otpor i obrnuto. Tu promjenu otpora mjerni precizni električni mjerni most, a vrijednosti se prikazuju na skali (displeju) kalibriranom u gramima.
Dodatni element na priključnoj pločici je vjerojatno temperaturni senzor kojim se kompenzira promjena otpora senzora uslijed temperaturnog rastezanja masivnog metalnog elastičnog tijela.
Elastična podloga za senzore je posebno konstruirana opruga. U masivno pravokutno metalno tijelo urezan je prorez koji na dva mjesta doseže vrlo blizu samog ruba tijela. Na tom dijelu je tijelo najviše oslabljeno tako da tu dolazi do najveće deformacije te su na tim točkama zalijepljeni i otpornički senzori. Kod senzora za veće težine ti prorezi su manji. Masa tijela desno od proreza (dio na koji djeluje težina) je u ravnoteži sa mehaničkim otporom stanjenog dijela tijela, tako da već i kod vrlo male dodatne mase dolazi do savijanja na tom najtanjem dijelu tijela.
Vodljiva (mjerna) žica je obično postavljena u cik-cak uzorku što omogućuje rastezanje ili sabijanje žice na nekoliko mjesta duž njezine duljine, čime se povećava ukupna deformacija, a time i promjena otpora što izravno utječe na osjetljivost mjerenja. Elastična metalna obloga ima poseban oblik tako da je prilikom savijanja mehaničko istezanje najveće upravo na onim točkama gdje su zalijepljene senzorne žice. S obzirom da na elastičnu metalnu podlogu s jedne strane djeluje sila kojom je pričvršćena na nosač (kućište vage), a s druge strane sila pritiska težine koju važemo, onda je ovo svojevrsna „klackalica“ na kojoj se ostvaruje balans djelovanja te dvije sile. Stoga se u opisima ovakvih vaga može naći i termin „balance scale“.
Savijanja i rastezanja žice na elastičnoj podlozi su u praksi izuzetno mala i golim okom se ne mogu ni vidjeti. U našem slučaju promjena težine od svega 0,01 gram već mora uzrokovati dovoljno istezanje za promjenu otpora žice. Jasno je da su te promjene izuzetno male i potreba su posebna pojačala i filtri da se ta promjena registrira. Da bi se dobila što veća početna mjerna veličina, na elastičnoj podlozi su spregnuta četiri otpornička senzora vezana u mosni spoj. Raspoređeni su tako da se prilikom djelovanja težine dva senzora razvlače, a druga dva se sabijaju. Tako u mosnom spoju jednom paru senzorskih otpornika otpor raste, a drugom se istovremeno smanjuje što svakako povećava ukupnu mjernu osjetljivost.
„Load Cell“ težinski senzori su danas vrlo rašireni za različite vage i različite opsege mjerenja težina. Možete ih kupiti kao zasebne module ili sa već integriranim pojačalima i A/D pretvaračima. Popularni su i za različite razvojne projekte na Arduino i sličnim mikroprocesorskim platformama. Ako želite saznati više o konstrukciji i tipovima ovakvih senzora i vaga termini za pretraživanje su „Load Cell“ i „Strain gauge“.