По конструктивным признакам

Классификация рычажных весов

Классификация применяемых весов и гирь

Методы и способы взвешивания

Все методы взвешивания подразделяются на две самостоятельные группы: методы непосредственной оценки и методы сравнения с мерой. Метод непосредственной оценки заключается в том, что измеряемая масса груза определяется непосредственно по шкале отсчетного устройства без применения гирь. Метод сравнения с мерой заключается в том, что массу груза оценивают по массе гирь или по сумме массы гирь и показаний отсчетного устройства весов. Метод сравнения с мерой имеет две разновидности. При дифференциальном методе измерения разность масс груза и гирь m_гр-m_г уравновешивают силой упругой или квазиупругой пружины подвижной системы весов. Нулевой метод заключается в том, что разность масс доводя до нуля постепенным принудительным изменением усилия.

Различают методы противопоставления и замещения. Метод противопоставления характеризуется одновременным воздействием на весы груза и гирь, помещаемых на противоположные плечи весового рычага (коромысла). Метод замещения заключается в том, что сравнение массы гирь и груза производится последовательно с использованием одного того же плеча весового рычага. Метод противопоставления может выполняться двумя способами. При обычном измерении реализуется способ прямого противопоставления. Способ двойного противопоставления предполагает, что процесс определения массы груза состоит из двух независимых измерений способом прямого противопоставления. При этом в каждом цикле измерений производится перестановка гирь и груза на разные плечи весового рычага, а результат измерения определяется вычислением. Этот способ свободен от систематической инструментальной погрешности, вызванной неравенством длин плеч весового рычага.

В свою очередь метод замещения также имеет две разновидности: способ Борда и способ Менделеева. Оба способа требуют применения вспомогательного груза или противовеса. В первом случае груз уравновешивается противовесом, затем вместо груза устанавливают гири, равные ему по массе. При втором способе измерение осуществляется всегда при одной и той же массе груза, соответствующей наибольшему пределу измерений. Полный для данных весов набор гирь уравновешивается противовесом, затем устанавливают груз и снимают часть гирь массой, равной массе измеряемого груза, чтобы достичь равновесия.

По назначению лабораторные весы делятся на аналитические, технические и специальные, а гири - на гири общего назначения и специальные.

Аналитические весы используются при проведении научных исследований и при проведении высокоточных измерений в промышленности. В табл. 14.1 приведена классификация аналитических весов в зависимости от наибольшей массы груза и цены деления. По конструктивным особенностям различают самопишущие и показывающие весы.

Классификация аналитических весов

Таблица 14.1

Типы весов	Наибольшая масса груза, кг	Цена деления, мг
Большегрузные весы Весы для макроанализов Микроаналитические весы Ультрамикроаналитические весы	1—5 (1...2)×10^-1 до 2×10^-2 до 1×10^-3	1—5 до 1×10^-1 до 1×10^-2 1×10^-8

Технические весы применяются для проведения технических анализов и взвешиваний средней точности и относятся к универсальному лабораторному оборудованию. Качество технических весов определяется их быстродействием, простотой и удобством обслуживания в сочетании с относительно высокой точностью взвешивания. Наибольшие пределы взвешивания технических весов находятся в диапазоне 20—50 кг. Наиболее распространенными являются весы, имеющие массу груза 0,5—5кг, с ценой деления 0,01 или 0,1г.

Специальные весы служат для определения величин, зависящих от массы; взвешиваний определенных веществ в строго регламентированных условиях. К специальным весам относятся образцовые, разбраковочные, дозирующие, с дистанционным управлением, газовые, гидростатические, пурки, весовые влагометры, молочно-продуктовые, весы для измерения магнитной восприимчивости, пробирные, каратные и др.

Лабораторные гири общего назначения — рабочие меры массой от 1 мг до 20 кг. Для удобства гири объединяют в наборы — магазины мер. Гири общего назначения подразделяются по классам точности, для них устанавливаются форма и геометрические размеры, материалы и покрытия, составы наборов, правила использования и хранения, периодичность, методы и средства поверки.

Специальные гири являются принадлежностью специальных весов.

На рис. 14.1 приведена классификация весов по принципу их действия. По характеру перемещения рычажной системы весы классифицируются на рычажные и безрычажные. При измерении на безрычажных весах можно использовать только метод непосредственной оценки. Рычажные весы конструктивно выполнены так, что в процессе измерения их подвижная система осуществляет поворот относительно неподвижной или условно-неподвижной оси.

Рис. 14.1. Классификация весов по принципу их действия

В них координатой перемещения является угол (р отклонения весового рычага. Наличие коромысла позволяет реализовать метод сравнения с мерой.

В зависимости от принципа уравновешивания подвижной системы весов различают самоуравновешивающиеся приборы, а также весы с ручным и автоматическим уравновешиванием. В самоуравновешивающихся весах равновесие подвижной системы достигается за счет внутренней энергии прибора. Если уравновешивающее усилие создается моментом M_y присоединенного к весовому рычагу упругого элемента или упругой силой F_y пружины, самоуравновешивающиеся весы называют пружинными, если моментом гравитационной пружины весового рычага, гравитационными. Гравитационными могут быть только рычажные весы, пружинными — как рычажные, так и безрычажные.

Для создания упругой силы используют торсионные, спиральные и винтовые пружины. В качестве гравитационной пружины используется любое тело (рис. 14.2), у которого центр тяжести расположен ниже оси вращения.

При отклонении рычага на угол возникает противодействующий момент М_пр:

(14.4)

где m_P - масса рычага.

При малых углах поворота:

(14.5)

где ρ - расстояние от оси вращения до центра тяжести;

- жесткость гравитационной пружины.

При измерении с использованием рычажных гравитационных весов достигается наивысшая точность, так как показания весов не зависят от g.

Приборы с ручным или автоматическим уравновешиванием имеют замкнутую цепь преобразования входного сигнала. С помощью обратного преобразователя вырабатывается восстанавливающая сила, компенсирующая возникающее в процессе взвешивания неравенство между m_вхg и Q_ОП, где Q_ОП — восстанавливающая сила.

В зависимости от типа опор весового рычага различают весы с жесткими и упруго деформируемыми опорами. Наиболее распространенными жесткими опорами являются призмы. Иногда в качестве опор применяют пару керн подпятник (весы с опорами на кернах). Весы, имеющие в качестве опор призмы, бывают равноплечими, двухпризменными и квадрантными.

Равноплечие весы (рис. 14.3) конструктивно выполняются следующим образом. Симметричный рычаг 5 с двумя грузоприемными призмами 2 установлен опорой 4 на неподвижную плоскую подушку 3. На грузоприемных призмах 2 с помощью плоских подушек 1 установлены симметричные подвесы 6, несущие груз 10 и гирю 7. Стрелка 8 с микрошкалой 9 является частью рычага 5.

Двухпризменные, или одночашечные, весы (рис. 14.4) представляют собой несимметричный рычаг 4 с опорной и грузоприемной 2 призмами, который опирается на неподвижную плоскую подушку 7. На грузоприемную призму 2 устанавливается с помощью плоской подушки 1 грузоприемный рычаг 10, снабженный специальной рейкой 8 со встроенными грузами 9. На одном из концов рычага 4 установлена микрошкала 6. Несимметричный рычаг уравновешивался противовесом 5. Работа весов осуществляется следующим образом. При установке на грузоподъемной чашке груза с помощью специального устройства с рейки 8 снимается такое количество гирь, чтобы их суммарная масса примерно соответствовала массе груза. Имеющаяся разность в массе груза и гирь определяется по шкале 6.

Для счета больших количеств одинаковых деталей можно использовать счетные весы. Весы состоят из двух рычагов (рис. 14.5). Нижний рычаг имеет отношение плеч FE:FC=1:10. К его призме Е подвешена большая чашка 4 для подсчета деталей. На расстоянии FL=EF помещена призма, к которой подвешена малая чашка 3. Так как плечи FL=EF равны, то для уравновешивания находящихся в большой чашке деталей необходимо в малую чашу 3 поместить такое же количество деталей. Эта чаша называется чашей единиц 3. Верхний рычаг тоже имеет отношение плеч АО: OD=1: 10. К концевой призме D рычага подвешена чаша 2. На полотне верхнего рычага на расстоянии ОВ=ОА помещена дополнительная призма для навески еще одной чаши 1.

Рис. 14.5. Счетные весы.

Квадрантные весы, или весы с верхним расположением грузоприемной чашки (рис. 14.6), Крутильные весы применяют для быстрого взвешивания навесок до 5 мг. На рис. 14.7 представлена схема крутильных весов. Коромысло 1 жестко прикреплено к упругой туго натянутой нити 2, закрепленной по концам. Навеска груза помещается в чашку 3, подвешенную к коромыслу. Мерой массы является угол закручивания упругой нити.

Весы с плоской спиральной пружиной (торсионные) выпускают с пределами взвешивания от 5 мг до 5 г (рис. 14.8). В этих весах плоская спиральная пружина 1 выполняет функции чувствительного элемента. Она одним концом прикреплена к стальной закаленной оси 6, другим— к стрелке 2. Ось 6 вращается в подпятниках 8 и 13. Один из них неподвижен, а второй запрессован в рукоятку 9 и вращается вместе с ней во втулке, установленной в рамке 12. Со свободным концом плоской спиральной пружины 7 связана рукоятка. Второй конец пружины закреплен на оси. Этот механизм предназначен для установки весов на нулевую отметку. Взвешиваемый груз помещают на коромысло 11 с крючком 10, закрепленное на оси. Система, состоящая из алюминиевого сектора 5, сидящего на оси, и магнита 4, укрепленного на корпусе весов, служит для магнитного успокоения.

Рис. 14.8. Торсионные весы

Рис. 14.7. Крутильные весы

Рычажные весы отличаются предельной простотой конструкции и высокими метрологическими характеристиками: устойчивостью, чувствительностью, верностью и постоянством весов.

Устойчивость - это способность весов, выведенных из состояния равновесия, возвращаться после малого числа колебаний в первоначальное положение.

Для достижения устойчивости весовой рычаг должен находиться в состоянии устойчивого равновесия, т. е. центр тяжести рычага должен быть ниже точки опоры на линии, проходящей через эту точку. Степень устойчивости зависит от того, насколько удален центр тяжести от опоры: чем ниже находится центр тяжести, тем больше устойчивость весов и тем большую надо приложить силу, чтобы вывести весы из равновесия.

Чувствительность - отношение линейного или углового перемещения указателя к изменению измеряемой величины, вызвавшему это перемещение. Чем больше это отношение, т. е. чем меньше разность в массе тел, находящихся на чашках весов, которую весы способны обнаружить, тем они чувствительнее. Для точного взвешивания желательно иметь весы, чувствительность которых не зависит от массы груза. Этому требованию удовлетворяют весы, у которых опорная призма располагается на одной линии с грузоподъемной. Однако, обладая высокой чувствительностью, такие весы недостаточно устойчивы. Дальнейшее повышение чувствительности весов может идти за счет повышения точности отсчетного приспособления, в частности путем использования оптических систем. Чувствительность может быть повышена путем соответствующего выбора материалов призмы и подушек. У точных весов призмы изготавливаются из стали У7А с последующей закалкой до твердости 60-62 HRC, а подушки - из яшмы и халцедона (64-67HRC).

Верность весов характеризуется правильным соотношением плеч рычага и обеспечивается точным изготовлением весового рычага и тщательной юстировкой весов при сборке. При точном взвешивании существенные погрешности могут появиться вследствие различия температур по обе стороны от опорной призмы.

Постоянство весов определяется совпадением результатов нескольких последовательных взвешиваний одного и того же тела. При повторном взвешивании результаты могут отличаться от полученных ранее, хотя это различие обычно незначительно. Небольшие расхождения результатов повторных взвешиваний служат косвенной характеристикой высокой чувствительности весов. Напротив, совпадение результатов повторных взвешиваний может явиться следствием недостаточной чувствительности весов.

Для точного и быстрого взвешивания большое значение имеет период колебаний весового рычага. Период колебаний равноплечего весового рычага тем больше, чем больше масса взвешиваемого груза и длина плеча весового рычага, чем меньше расстояние от опорной призмы до центра тяжести весового рычага. Период колебаний возрастает с увеличением чувствительности весов. С этой точки зрения, высокая чувствительность может оказаться нежелательной для весов, от которых требуется быстродействие, так как процесс взвешивания занимает значительное время.

Дата добавления: 2014-11-29