Химическая энциклопедия - весы

приборы для определения массы тел. В. называют иногда также приборы для измерения др. физ. величин, преобразованных для этого в силу или момент силы (напр., В. Кавендиша, Кулона, токовые). В. широко применяют во всех отраслях народного х-ва и в научных исследованиях как осн. ср-во взвешивания при определении расхода или кол-ва сырья, топлива, готовой продукции и т. п., в целях их учета, проведения хим., техн. и др. анализов, контроля технол. процессов и автоматизации управления ими и т. д.

Массу Мтела находят преим. уравновешиванием его силы тяжести Р (Р =, > где -ускорение своб. падения в месте установки В.) либо момента этой силы, действующих на измерительную (подвижную) часть В., известной противодействующей, или уравновешивающей, силой (моментом). При наиб. точном компенсационном методе взвешивания уравновешивающая сила, создаваемая, напр., гирями, возвращает подвижную часть В. в исходное положение равновесия, а В. служат компаратором (сравнивающим устройством). При прямом методе измерений (масса тела принимается равной показаниям В.) противодействующая сила возникает в результате отклонения подвижной части от положения равновесия под действием силы тяжести взвешиваемого тела. Во мн. типах В. используют оба метода взвешивания; напр., осн. доля силы Руравновешивается гирями, а остальная отклонением подвижной части В. от положения равновесия.

По способу создания уравновешивающей силы В. подразделяют на механические гирные (равноплечные и неравноплечные), квадрантные (с маятниковым уравновешивающим устройством, угол отклонения к-рого преобразуется в отклонение стрелки и служит мерой силы Р), пружинные (напр., торзионные, крутильные, тензометрич., магнитострикционные, виброчастотные), в к-рых мера силы Р деформация упругого элемента трансформируется кинематически или спец. преобразователями в отклонение стрелки; электронные с магнитоэлектрическими (взаимод. магн. полей постоянного магнита и токовой катушки), электродинамическими (полей двух катушек) или электростатическими (статич. зарядов двух электродов) силовозбудителями, причем мерой силы Р является электрич. величина (ток, напряжение); гидравлические и пневматические, в к-рых сила Р уравновешивается давлением соотв. жидкости и воздуха. Довольно часто в В. используют два и даже три способа создания противодействующей силы. Последняя и сила Р могут быть приложены встречно, вдоль общей линии действия к одному и тому же элементу измерит. части В. без промежут. передачи (безрычажные В.), либо взаимод. посредством спец. передаточного механизма (рычажные В.).

Осн. метрологические характеристики В., принятые в аналит. химии: правильность (точность, верность) степень приближения абсолютного значения массы взвешиваемого тела по показаниям В. к ее действит. (истинному) значению; воспроизводимость (разброс, вариация) расхождение показаний В. при неоднократном взвешивании одного и того же тела. Численно эти характеристики определяют величиной погрешности, к-рая не должна превышать допускаемых значений, установленных для В. разных типов и назначений международными и национальными стандартами. Различают осн. погрешность (при нормиров. окружающих условиях), дополнит. погрешность (из-за изменений т-ры, давления и т. п.) и их составляющие систематич. погрешность (напр., вследствие неправильного соотношения плеч рычагов) и случайную (вызывается, напр., трением в опорах). Последняя определяется для конкретного типа В. в целом (табл. 1 и 2) величиной среднего квадратичного, или стандартного, отклонения

при числе взвешиваний ), а для каждых В. приближенной оценкой s стандартного отклонения

при ограниченном и, напр. 2, 5, 10. Здесь Мi-значение массы тела при отдельных взвешиваниях,

величина s-определяющая характеристика В. при весьма большом числе хим. анализов.

Др. важные характеристики: наиб. предел взвешивания М макс -наиб. масса тела, к-рое м. б. взвешено на данных В. с установленной для них точностью; диапазон непосредственного отсчета показаний по шкале (ДНОП) в его пределах предпочтительно определяют содержание компонентов при хим. анализах; цена деления значение одного деления шкалы или единицы младшего разряда отсчетного устройства, выраженное в единицах массы; разрешающая способность характеризует точность отсчета показаний В. (обычно единица младшего разряда цифрового отсчетного устройства, а также 0,5, 0,05 или 0,01 цены деления шкалы соотв. без нониуса и с нониусом). Для суммарной метрологич. оценки точности применяется обобщенный показатель класс точности (соответствует классу точности гирь), определяющий правильное соотношение между допускаемой погрешностью показаний, ценой деления, разрешающей способностью,, М макс и ДНОП.

Осн. эксплуатационные характеристики В.: независимость показаний от внеш. воздействий и от точности установки; затраты труда и времени на подготовку к работе, проведение измерений, обработку и представление результатов в требуемой форме; степень автоматизации взвешиваний и диагностики состояния; способность к расширению функциональных возможностей путем подсоединения к унифицированным вычислит. устройствам, дисплеям, контроллерам и т. п., а также к разл. камерам для проведения спец. исследований (см. ниже).

Различают В. образцовые (для поверки и аттестации гирь), лабораторные, технологические, общего назначения (напр., для торговых, складских и транспортных операций) и бытовые. Главные тенденции развития совр. В.: совершенствование традиционных конструкций и создание перспективных типов и моделей на основе уравновешивающих устройств, дающих информацию в форме стандартных аналоговых или цифровых электрич. сигналов, с применением электроники, вычислительной и микропроцессорной техники.

В данной статье рассмотрены важнейшие типы лаб. и технол. В., применяемых в хим. лабораториях, хим. и смежных отраслях пром-сти, медицине и с. х-ве (в агрохим. лабораториях).

Лабораторные весы. Для удобства классификации традиционно различают В.: аналит. группы (аналит., полуми-кроаналнт., микроаналит., ультрамикроаналит.), общелабораторные, или технические, для техн. анализов, взвешивания хим. реактивов и др., специальные для исследований при пониж. давлениях (вакуумные В.), изменения массы тел при высоких и низких т-рах (термогравиметрич. В.), гранулометрии, состава материалов с регистрацией изменения массы осадков во времени (седиментационные В.), для работы в агрессивных средах, в атмосфере благородных газов, в присут. взрывоопасных в-в и т. п., а также для взвешивания драгоценных металлов и камней (пробирные В.). В последние десятилетия произошли капитальные изменения как в конструкциях, так и в парке всех лаб. В. (см. табл. 1-2). Выходят из употребления эксплуатировавшиеся с кон. 40-х-нач. 60-х гг. простые двухчашечные равноплечные В. с трехпризменным коромыслом (рычагом) без успокоителей, рейтерными (рейтер проволочная гиря-"наездник" массой 1, 5 или 10 мг, перемещаемая оператором вдоль шкалы на коромысле) и неименованными (без фиксированной цены деления) отсчетными шкалами. Осн. недостатки таких В.: неудобство работы (необходимость вычислять положение равновесия, отсчитывая амплитуды отклонений стрелки при колебаниях коромысла), необходимость применения методов точного взвешивания для исключения погрешности из-за неравноплечности коромысла и учета погрешности гирь, низкая производительность (одно взвешивание за 3-6 мин) и др.

Табл. 1.-ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИПИЧНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ ВЕСОВ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ

Табл. 2.-ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИПИЧНЫХ ОБЩЕЛАБОРАТОРНЫХ ВЕСОВ

На смену простым В. пришли равноплечные В. с успокоителями (обычно воздушными), встроенными гирями и именованными проекц. шкалами (рис. 1). Они имеют, как и простые В., коромысло с одной опорной и двумя грузоприемными призмами, к к-рым посредством подушек и серег подвешены грузоприемные чашки (площадки), траверсы для встроенных миллиграммовых гирь (В. аналит. группы с комплектом гирь до полной нагрузки не получили распространения). Коромысло изготовлено из алюминиевого сплава или чугуна, призмы и подушки из агата, корунда или высокотвердой стали. Для уменьшения износа и предупреждения поломок призм и подушек В. оборудуются арретиром, ограничивающим амплитуду колебаний коромысла, и изолиром, с помощью к-рого призмы отделяются от подушек. Применение встроенных гирь не только упрощает и ускоряет взвешивание, но и способствует повышению точности В., поскольку погрешности гирь вследствие их малости не учитываются. Спец. именованная шкала, изображение к-рой проецируется на матовый экран оптич. системой В., позволяет уменьшить угол отклонения коромысла, расширить ДНОП, повысить точность отсчета, используя нониус, и исключает необходимость в определении цены деления при взвешивании разных по массе тел. Эти В. производительнее простых равноплечных (одно взвешивание за 1-3 мин), однако и при работе на них часто приходится применять методы точного взвешивания и учитывать погрешности гирь из наборов.

Рис. I. Равноплечиые трехпризменные лаб. весы аналит. группы: 1-коромысло; 2-успокоитель; 3-рукоятки механизма наложения встроенных гирь с оцифрованными лимбами; 4-экран с изображением проекц. шкалы; 5-грузоприемная чашка; 6-колонка; 7-рукоятка арретира-изолира.

Дальнейшее совершенствование гирных В. достигнуто благодаря переходу в нач. 60-х гг. от равноплечных В. к одноплечным, или одночашечным, двухпризменным (рис. 2), принцип действия к-рых был предложен Д. И. Менделеевым. На коромысле В. закреплены опорная и грузоприемная призмы. К последней, помимо чашки для взвешиваемого тела, подвешены траверсы с полным комплектом встроенных граммовых и миллиграммовых гирь, масса к-рых равна М макс. Для уравновешивания коромысла с чашкой и гирями на его противоположном конце закреплен груз-противовес. При помещении на чашку взвешиваемого тела для уравновешивания коромысла с траверсы снимают гири, масса к-рых с точностью до половины ДНОП соответствует массе тела. В этих В. исключена погрешность из-за неравноплечности коромысла, не учитываются погрешности встроенных гирь, а тела разной массы взвешиваются при одной и той же нагрузке на коромысло, что повышает точность измерений. Для ускорения подбора гирь применяют предварительное (грубое) взвешивание посредством входящего, как правило, в комплект В. спец. устройства рычага, расположенного под коромыслом и опирающегося на пружину (на рис. не показан). Продолжительность одного взвешивания на таких В. составляет ок. 60 с.

Рис. 2. Одноплечные двухприз-менные лаб. весы аналит. группы: 1-коромысло; 2-противовес; 3-успокоитель; 4-проекц. шкала; 5-траверса; 6-встроенные гири; 7-серьга; 8 грузоприемная чашка; 9, 10 соотв. опорные и грузоприемные призмы и подушки; 11 -колонка; 12рукоятка арретира-изолира.

В лучших моделях двухпризменных аналит. В. автоматизированы арретирование и разарретирование коромысла, обеспечивается плавное соприкосновение призм и подушек, предусмотрены возможность компенсации тарной нагрузки и дрейф (смещение) нуля в ДНОП по проекц. шкале. В микроаналит. В., кроме того, автоматизировано наложение -снятие встроенных гирь (что исключает необходимость в предварит. взвешивании) и имеется устройство, позволяющее выносить чашку из витрины В. для удобства наложения и удаления взвешиваемого тела; это устройство сблокировано с механизмом открывания и закрывания витрины. Повышение точности таких автоматизир. В. достигается уменьшением суммарной погрешности всех встроенных гирь до

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

Под ред. И. Л. Кнунянца

1988