Лабораторные весы различаются по назначению, конструкции, диапазону взвешивания и по другим характеристикам.
Методы взвешивания делятся на две принципиально различные группы - метод сравнения с мерой и метод непосредственной оценки. По методу сравнения с мерой массу груза принимают равной массе сравниваемых с ним гирь (простое взвешивание) или вычисляют как сумму значений массы гирь и показаний весов (точное взвешивание). Метод непосредственной Оценки заключается в определении массы груза по отсчетному устройству весов без применения гирь.
В большинстве современных лабораторных весов используется дифференциальный метод взвешивания, при котором большая часть измеряемой массы тела (свыше 99%) уравновешивается гирями или противовесом (нулевой метод), а оставшаяся малая разность между массой взвешиваемого тела и массой гирь измеряется по углу отклонения коромысла от исходного положения равновесия (непосредственный метод) с помощью отсчетных шкал.
Лабораторные весы характеризуются рядом параметров. Главные из них следующие.
1. Предельно допустимая нагрузка, в диапазоне которой погрешность показаний находится в установленных пределах. Нельзя выходить за пределы предельно допустимой нагрузки, на которую рассчитана данная модель весов. Слишком большая нагрузка может вызвать остаточные деформации в коромысле, что приведет к порче весов.
2. Допустимая погрешность показаний - предельная разность между действительным значением массы взвешиваемого груза и показаниями весов. Значение погрешности характеризует правильность результатов взвешивания в стандартных условиях и не может быть меньше не исключенных погрешностей гирь, применяемых при взвешивании и аттестации весов.
3. Допустимая вариация (непостоянство) – показаний - предельно допустимая разность показаний весов при неоднократном взвешивании одного и того же груза в стандартных условиях с применением одних и тех же гирь. Значение вариации характеризует воспроизводимость результата взвешивания и, в значительной степени, точность взвешивания.
4. Чувствительность - предельное отношение приращения отклонения указателя весов к приращению измеряемой величины. Чувствительность определяется числом делений шкалы, на которое отклоняется стрелка весов, когда на одну из чашек весов помещен груз массой 1 мг. Выражают чувствительность в делениях шкалы на миллиграмм или обратной величиной.
С увеличением нагрузки на чашки чувствительность весов уменьшается, т. е. чем больше масса взвешиваемого объекта, тем слабее весы реагируют на изменение массы.
5. Цена деления - значение деления отсчетных устройств. Часто цена деления согласуется со значением допустимой погрешности или вариацией показаний весов.
6. Быстродействие - возможная производительность работы на весах, т. е. возможное число взвешиваний в единицу времени.
Классификация весов По назначению лабораторные весы делятся на технические (общелабораторные), аналитические и специальные, а гири - на гири общего пользования и специальные. Наибольшие пределы взвешивания технических весов находятся в диапазоне 20 г - 50 кг. Наиболее распространены весы, имеющие нагрузку 0,2-5 кг, с ценой деления 0,05-0,1 г.
Аналитические весы применяют для макро- и микрохимических анализов при взвешивании высшей и высокой точности. В зависимости от предельно допустимой нагрузки и цены деления аналитические весы делятся на следующие группы:
Специальные весы служат для определения величин, зависящих от массы (весовые влагомеры, весы для измерения магнитной восприимчивости и др.).
Весы аналитической группы относятся к 1 и 2 классу точности, технические весы - к 3 и 4 классам. Усредненная приведенная погрешность взвешивания для весов 1 класса - 0,0001%; 2 класса - 0,0005%; 3 класса - 0,001%; 4 класса - 0,01 %.
Гири общего лабораторного пользования делятся на четыре класса. Гири 1 и 2 классов предназначены в основном для аналитических весов, 3 и 4 классов - для технических.
По характеру перемещения подвижной системы весы подразделяются на безрычажные и рычажные. В без рычажных весах подвижная система перемещается возвратно-поступательно вертикально, поэтому гири для уравновешивания взвешиваемого груза применять нельзя. При пользовании безрычажными весами пригоден лишь метод непосредственной оценки результатов взвешивания.
Рычажные весы характеризуются поворотом подвижной системы вокруг неподвижной или условно неподвижной оси. Они бывают гирные (с накладными или встроенными гирями) и безгирные. Весы со встроенными гирями производительнее и удобнее, но в них затруднен контроль действительных значений массы гирь.
Рычажные весы различаются по типу опор весового рычага и подвесок. Наиболее распространенной жесткой опорой является подушка, по которой острой гранью перекатывается призма. Весы с такими опорами получили название призменных. Призменные весы делятся на равноплечие, двухпризменные (одночашечные) и квадрантные.
Равноплечие весы представляют собой, в основном, рычаг первого рода, в котором расстояния от приложения сил до точки опоры равны (рис. 71). Если на левую чашку весов поместить груз, имеющий массу М1 то для возвращения стрелки Р в первоначальное положение потребуется поместить на правую чашку некоторое количество гирь (с известной массой). Когда установится равновесие, моменты сил, действующие на левую и правую части коромысла в точках, на которые опираются чашки, на расстоянии l1 и l2 от этих точек до точки опоры, будут равны: F1l1 = F2l2.
Так как l1 = l2, то, следовательно, при достижении равновесия F1 = F2. Возникновение сил F1 и F2 связано с притяжением Землей тел, находящихся на чашках весов. Сила F1 определяет притяжение к Земле тела с массой M1, т. е. его вес. Единица веса - ньютон (Н). Ньютон равен силе, сообщающей телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2 в направлении действия силы. Вес тела G связан с его массой соотношениями: G = Mg, где М - масса тела, a g - ускорение свободного падения. Единица массы - килограмм (кг).
Из изложенного выше следует, что весы - это приборы для определения массы, а не веса.
Равноплечие коромысловые весы показаны на рис. 72. Равновесное положение ненагруженных весов называют нулевой точкой, нагруженных - точкой равновесия.
Чтобы защитить ребра призм коромысла от повреждений и быстрого изнашивания, все движущиеся части весов могут быть приподняты и ребра призм отделены от пластинок, с которыми они соприкасаются. Приспособление, служащее для поднятия коромысла и сережек, носит название арретира (изолира). Когда весами не пользуются и когда накладывают на чашки взвешиваемые предметы и разновесы, весы должны быть арретированы.
До недавних пор на коромысло равноплечих аналитических весов наносились на одинаковом расстоянии друг от друга V-образные впадины рейтерной шкалы (рис. 73), в которые специальным устройством устанавливали гирю-рейтер в 10 или 5 мг. Передвижением рейтера по коромыслу можно было определить массу с точностью до десятых долей миллиграмма.
Так как l1 = l2, то, следовательно, при достижении равновесия F1 = F2. Возникновение сил F1 и F2 связано с притяжением Землей тел, находящихся на чашках весов. Сила F1 определяет притяжение к Земле тела с массой M1, т. е. его вес. Единица веса - ньютон (Н). Ньютон равен силе, сообщающей телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2 в направлении действия силы. Вес тела G связан с его массой соотношениями: G = Mg, где М - масса тела, a g - ускорение свободного падения. Единица массы - килограмм (кг). Из изложенного выше следует, что весы - это приборы для определения массы, а не веса. Равноплечие коромысловые весы показаны на рис. 72. Равновесное положение ненагруженных весов называют нулевой точкой, нагруженных - точкой равновесия. Чтобы защитить ребра призм коромысла от повреждений и быстрого изнашивания, все движущиеся части весов могут быть приподняты и ребра призм отделены от пластинок, с которыми они соприкасаются. Приспособление, служащее для поднятия коромысла и сережек, носит название арретира (изолира). Когда весами не пользуются и когда накладывают на чашки взвешиваемые предметы и разновесы, весы должны быть арретированы.
До недавних пор на коромысло равноплечих аналитических весов наносились на одинаковом расстоянии друг от друга V-образные впадины рейтерной шкалы (рис. 73), в которые специальным устройством устанавливали гирю-рейтер в 10 или 5 мг. Передвижением рейтера по коромыслу можно было определить массу с точностью до десятых долей миллиграмма.
Лекция № 10