Метрологические свойства весов

Весы, независимо от их конструкции, должны иметь такие мет­рологические свойства.

Устойчивость — способность весов, выведенных из состояния равновесия, быстро возвращаться к первоначальному положению.

Устойчивость весов достигается при условии, если их коромысло находится в состоянии устойчивого равновесия. Устойчивость весов зависит также от отдаленности центра от точки опоры, причем, чем ниже размещен центр весов, тем больше устойчивость и тем труднее их вывести из состояния равновесия, а соответственно ниже их чув­ствительность.

Проверка устойчивости проводится следующим образом: весы, находящиеся в равновесии, необходимо вывести из положения рав­новесия, слегка коснувшись чашки. Подсчитать количество колеба­ний стрелки весов до возвращения ее в положение равновесия. Если стрелка совершила не более 4—6 колебаний, можно считать, что весы устойчивы.

Постоянство показаний — способность весов показывать одни и те же результаты при многоразовых определениях массы тела, проводимых на этих весах в одних и тех же условиях.

Проверка постоянства показаний проводится следующим обра­зом: весы должны находиться в положении равновесия. На техни­ческих аптечных весах уравновешивают, например, флакон с мас­сой гирь. Если все 3 раза масса взвешиваемого тела одна и та же, то весы обладают постоянством показаний. Если результаты не совпа­дают, то это значит, что острия призм не вполне параллельны, сме­щены. Кроме того, на постоянство показаний большое влияние ока­зывает величина трения в подвижных контактах весов. Затупленность призм и их загрязненность приводит к нарушению постоянства показаний весов. Поэтому весы в нерабочем состоянии должны храниться так, чтобы избежать затупленности призм.

Причиной непостоянства показаний весов является несовершен­ство устройства весов (например, незаметное смещение отдельных частей при пользовании ими), а также условия, в которых произво­дится взвешивание (например, одностороннее нагревание коромыс­ла (электрическая лампа, солнечные лучи и пр.), вследствие чего может произойти удлинение одного плеча).

Чувствительность — способность весов показывать минималь­ное изменение нагрузки в момент равновесия.

При этом чем меньше разница в весе гирь, которую можно оп­ределить этими весами, тем выше их чувствительность и тем точ­нее результаты взвешивания.

Чувствительность весов прямо пропорциональна длине плеча ко­ромысла и обратно пропорциональна массе коромысла, нагрузке ве­сов (массе чашек, груза, перегруза), величине прогиба коромысла, расстоянию от точки опоры до центра тяжести коромысла.

Чувствительность весов определяется формулой:

_S = L 7_

(2P + p) ■ h + R ■ m X '

где S — чувствительность, мм/мг;

L — длина плеча коромысла, мм; P — масса чашки с грузом, мг;

p — масса перегруза, выводящего весы из состояния равновесия, мг;

h — расстояние от точки опоры до линии, соединяющей острия грузоподъемных

и опорной призм (величина прогиба коромысла), мм; R — масса коромысла, мг;

m — расстояние от точки опоры до центра тяжести коромысла, мм;

Z — длина стрелки, мм;

X — цена деления шкалы, мм.

Из формулы следует, что величины L, R, m, Z, X зависят от конструкции весов.

В наибольшей степени на величину чувствительности весов влияет величи­на прогиба коромысла h. Весы с прямолинейным коромыслом характеризуются тем, что острия опорной и грузоприемных призм находятся на одной прямой линии (прямолинейность весов). При этом величина h = 0, а уравнение прини­мает вид:

и — ,

R • m

то есть чувствительность весов становится независимой от величины нагрузки весов. Это возможно лишь при взвешивании минимальных количеств. На прак­тике даже незначительное определение массы вызывает прогиб коромысла и влияет на чувствительность весов. С увеличением нагрузки весов, как следует из формулы, их чувствительность уменьшается. Прогиб коромысла при этом может быть недопустимо большим, а коромысло необратимо деформироваться, то есть весы выйдут из рабочего состояния. Во избежание этого необходимо во время взвешивания не превышать величины предельно допустимой нагрузки, обозначенной на коромысле весов.

Чувствительность весов зависит от ряда факторов.

От расположения центра тяжести коромысла по отношению к точке его опоры. Весы будут иметь наибольшую чувствительность при достаточной устой­чивости в том случае, когда центр тяжести коромысла лежит как можно ближе к точке опоры, но во всяком случае ниже этой точки.

От массы коромысла. Чем меньше масса коромысла, тем большую чувстви­тельность при всех прочих условиях будут иметь весы. Для облегчения коро­мысла в нем делаются вырезы круглой или иной формы.

От длины плеч коромысла. Теоретически, чем больше длина плеч коромыс­ла, тем больше его чувствительность. Однако практически нецелесообразно из­готовлять коромысла с длинными плечами, так как удлинение коромысла ведет к увеличению его массы, что вызывает уменьшение чувствительности. Наряду с увеличением длины коромысла значительно возрастает прогиб его от действия груза, вследствие чего понижается центр тяжести коромысла и чувствитель­ность весов уменьшается. Поэтому практически коромысла делают с как можно более короткими плечами.

На чувствительность весов оказывает влияние величина трения между приз­мами и подушками: чем больше трение, тем меньше чувствительность, чем ост­рее призмы, тем чувствительность больше. Поэтому призмы делают острыми из закаленной стали. Износ-затупление призм приводит к увеличению трения, и, следовательно, к уменьшению чувствительности весов.

Следует отметить, что большинство весов, служащих для взвешивания с большей точностью (в том числе тарирные и ручные), имеют длинные стрелки. Это объясняется тем, что увеличение длины стрелки весов позволяет наблюдать и отсчитывать незначительные угловые отклонения коромысла, так как чем больше радиус (длина стрелки), тем больше длина дуги, соответствующей от­клонению коромысла на один и тот же угол.

Проверка чувствительности весов проводится путем определе­ния минимальной нагрузки (мг), вызывающей стандартное отклоне­ние стрелки от положения равновесия. За стандартное отклонение принимают отклонение стрелки, равное 5 мм (или трем делениям шкалы) для тарирных весов и выход стрелки из обоймицы до поло­вины своей длины с образованием угла, равного приблизительно 5°, для ручных весов.

Чувствительность, выраженную абсолютным значением груза, вы­зывающего стандартное отклонение стрелки, называют абсолютной чувствительностью (£_а6с), или абсолютной ошибкой взвешивания.

Чувствительность ручных и тарирных весов определяют в трех положениях: нагруженных на 1/10 предельной нагрузки, предельно нагруженных и ненагруженных. Если груз, соответствующий вели­чине допустимой погрешности (установленной ГОСТом) для данного типа весов (табл. 5), помещенный на одну из чашек таких весов, вызывает стандартное отклонение стрелки, то весы считаются чув­ствительными.

Так весы технические ВКТ-1000 имеют следующие величины по­грешностей:

• ненагруженных — 20 мг;

• с 1/10 максимальной нагрузки — 60 мг;

• максимально нагруженные — 100 мг.

При определении величины чувствительности этих весов при 1/10 нагрузки поступают так: весы приводят в состояние равновесия, на каждую чашку помещают гири массой по 100,0 г, уравновешивают весы, затем постепенно нагружают правую чашу весов гирьками (от меньшей к большей). Груз, вызывающий стандартное отклонение стрелки, показывает абсолютную чувствительность. Если величина дополнительной нагрузки больше допустимой погрешности (60 мг), например 80 мг, весы считают нечувствительными. Их изымают из пользования и направляют на проверку до срока клеймения. Анало­гично проводят определение чувствительности при ненагруженных и при предельной нагрузке весов.

Чувствительность весов можно определить и таким образом: при трех состояниях весов, приведенных в положение равновесия, на одну из чашек кладут гирю массой, соответствующей величине до­пустимой погрешности. Если во всех трех случаях стрелка весов отклонилась на расстояние 5 мм (или 3 деления по шкале), то весы обладают достаточной чувствительностью. Если стрелка отклонилась на расстояние менее, чем 5 мм, то такие весы недостаточно чувстви­тельные и ими пользоваться нельзя.

Что касается определения чувствительности ручных весов, то оно осуществляется аналогичным путем по стандартному отклонению стрелки. В этих случаях чувствительность весов выражается числом миллиграммов, вызывающих необходимое отклонение стрелки.

На практике большое значение имеет так называемая относитель­ная чувствительность, которая может указать относительную ошиб­ку взвешивания (точность дозирования).

Относителъная чувствительность весов S может быть выраже-

iJ отн ^А

на отношением минимального груза P, вызывающего заметное откло­нение стрелки от нулевого положения шкалы, к нагрузке n, лежащей на одной чашке весов, потому что чувствительность весов может не­много варьировать в зависимости от величины нагрузки:

S_0TH = — ■ 100% или S_0TH = ^ ■ 100%. N n

Если, например, весы нагрузить гирями по 100,0 г на каждую чашечку и поместить дополнительный груз, равный 0,05 г, который дает стандартное отклонение стрелки, то относительная чувствитель­ность весов равна:

S _0TH = — = 0,0005.

^0тн 100

Значит, на этих весах можно взвешивать груз, равный 100,0 г, с точностью 0,0005 его настоящей массы, то есть относительная ошиб­ка не превышает 0,05 % (0,0005*100). Такие весы можно считать достаточно чувствительными.

Определение ошибки взвешивания. На одних и тех же весах груз можно взвесить с различной точностью. Наибольшая точность мо­жет быть получена тогда, когда навеска близка по значению к наи­большей допустимой нагрузке весов. Ошибка взвешивания возрас­тает, если переходят границу предельной или минимальной нагрузки, которая обозначена на коромысле данных весов.

Чтобы сделать вывод, насколько правильно выбраны весы для определения массы вещества, надо установить точность взвешива­ния или относительную ошибку (в %).

Например, необходимо взвесить массу 0,06 г. Какими весами при этом следует воспользоваться? Для весов ВР-100 величина 0,06 г близ- ка к ненагруженным весам, поэтому S ₆ по табл. 5 равна 0,005 г, а S — 8%: ^аС

отн

_S 0,005 ■ 100

^{S отн} = 0,06 =^±8%-

Для весов ВР-1 величина массы 0,06 г близка к ненагруженным весам, поэтому S_a6c (табл. 5) — 0,002 г, а S_oth — 3,6 %:

0,002 ■ 100

^{S отн —} = ±³'⁶%-

Таким образом, для взвешивания массы 0,06 г нужно использо­вать ручные весы ВР-1.

Расчет относительной ошибки взвешивания можно осуществить путем составления соответствующей пропорции.

Например, рассчитать относительную ошибку при взвешивании 0,1 г натрия хлорида на ВР-1. По табл. 5 находят ошибку, допусти­мую при нагрузке 0,1 г. Так как навеска наиболее близка по значе­нию к 1/10 предельной нагрузки, а не к предельной нагрузке или к ненагруженным весам, то допустимая погрешность S_oth равна 0,003 (3 мг). Составив пропорцию, находят ошибку взвешивания (х), ко­торая составляет ±3 %:

0,1 —0,003 „ 100 ■ 0,003

^S отн - — - ±³% .

100— x 0,1

При взвешивании на этих же весах большего количества натрия хлорида 0,9 г (навеска наиболее близка по значению к предельной нагрузке ВР-1) допустимая погрешность равна 0,005 (5 мг). Относи­тельная ошибка в этом случае составляет ±0,55 %:

0,9 — 0,005 _S 100 ■ 0,005

S _отн — — ±0, 5 5 /о .

100— x 0,9

Точность или правильность — способность весов показывать правильное соотношение между массой взвешиваемого вещества и соответствующими гирями.

Точность или правильность весов зависит от таких факторов:

• от равноплечности коромысла весов;

• от параллельности острия опорной и грузопринимающих призм;

• от положения центра тяжести весов коромысла, который дол­жен лежать точно на вертикали, проходящей через точки опо­ры, которые находятся ниже нее;

• от равенства массы чашек.

Если весы отвечают указанным требованиям, то их коромысло дол­жно находиться в горизонтальном положении, а показчик равновесия (стрелка) — строго вертикальном как при пустых, так и при нагру­женных одинаковым грузом чашечках. Вследствие невозможности обеспечить у весов абсолютно точное равенство плеч и в связи с тре­нием, создающимся в опорных деталях коромысла при его колебани­ях, весы всегда имеют ограниченную точность. В связи с этим для всех весов установлены максимально допустимые погрешности и весы счи­таются правильными (верными), если их погрешности не превыша­ют установленных значений.

Проверка точности весов проводится при 1/10 максимальной нагрузки, при полной нагрузке и ненагруженных весах.

Например, необходимо определить точность технических весов с максимальной нагрузкой 1 кг. Для этого на левую чашку помещают гирю, равную 1/10 максимальной нагрузки, 100,0 г, а на правую — тарирный стакан с дробью и добиваются равновесия. Затем при нера­бочем положении арретира гирю и груз меняют местами и переводят арретир в рабочее положение. Стрелка весов при перемене местами гири и груза должна прийти в положение равновесия. Если равнове­сие восстанавливается, то весы верны (равноплечи). При отсутствии равновесия на поднявшуюся чашку весов добавляют груз-допуск (мил­лиграммовый разновес), равный величине погрешности (см. табл. 5). Это должно привести весы в состояние равновесия или отклонить стрелку в противоположную сторону не более чем на 5 мм. Вес добав­ленных гирь в этом случае будет являться величиной неравноплечно-сти весов. Если этого не произойдет, весы не обладают достаточной точ­ностью, они неравноплечи. Неравноплечие весы применять нельзя, так как они не будут давать точные показатели массы взвешиваемо­го вещества.

Гири и разновес. Разновес представляет собой набор гирь. Гири — это меры определенно установленной массы (веса), служащие для измерения массы тела по весу.

Взвешивая тело, мы сравниваем его массу с величиной, приня­той за единицу по Международной метрологической системе мер. За единицу массы принимается килограмм. В повседневной аптечной практике основной единицей измерения массы лекарственного сред­ства является грамм — тысячная доля килограмма. Названия низ­ших единиц долей грамма образуются с помощью латинских при­ставок «деци» (0,1), «санти» (0,01), «милли» (0,001). В рецепте слово «грамм» или его обозначение «г» опускается. Всякое число в рецепте, обозначенное десятичными знаками, целыми или дробны­ми, принимается за выражение количества вещества в граммах, если нет других обозначений.

В зависимости от назначения различают такие гири:

• образцовые, изготовляемые из золота, платины и медных сплавов;

• аналитические, изготовляемые из медных сплавов и ста­ли с тщательно отполированной поверхностью, покрытой золотом, платиной, никелем или хромом;

• технические 1, 2 и 3-го классов.

В аптечной практике применяются технические гири 2-го класса в виде специальных наборов (разновесов): крупного (граммового), со­держащего гири от 1,0 до 500,0 г, и мелкого (миллиграммового), содержащего гири от 0,01 до 0,500 г. Граммовый разновес из­

готавливают из латуни или угле­родистой стали с никелевым или хромовым покрытием для пре­дохранения от окисления. Повер­хность гирь должна быть глад­кой, без трещин, царапин и т. п. Гири имеют форму прямых ци­линдров с головками. Милли­граммовые гири изготавливают из мельхиора или алюминия в виде разной формы пластинок: треугольников, квадратов, шес­тиугольников.

Для защиты от внешних вли­яний и повреждений гири хранят в специальных коробках с гнез­дами (рис. 15).

Гири должны содержаться в чистоте, для чего периодически их очищают от пыли и жира, про­мывая в мыльной теплой воде или в органических растворителях (спирте, бензине), после чего тща­тельно вытирают насухо мягкой тканью. Брать их необходимо только пинцетом, чистить гири разными полирующими средства­ми категорически запрещается.

Гири и весы подвергают про­верке и клеймению один раз в год. Исправность весового хозяй­ства аптечных учреждений контролируется представителями мест­ных отделений Государственного комитета стандартов, мер и изме­рительных приборов. При этом на коромысло ручных и тарирных весов наносится клеймо с указанием года проверки (выбивают две последние цифры, например, цифра 97 означает, что проверка весов была проведена в 1997 г.).

Правила взвешивания на технических и ручных равноплечих весах. Прежде чем начать взвешивание, нужно проверить соответ­ствие весов выше указанным метрологическим свойствам, то есть убедиться в их точности, чувствительности, неизменности показа­ний и устойчивости. Необходимо придерживаться предельной и мини­мальной нагрузок, установленных для данных весов.

Перед работой весы следует осмотреть, протереть марлевой салфеткой, смоченной спирто-эфирной смесью, убедиться в их равновесии в ненагруженном состоянии. Если весы не уравнове­шены, то их уравновешивают при помощи регуляторов, помещен­ных на концах коромысла.

Как правило (для удобства), гири помещают на левую чашечку весов, а взвешиваемое лекарственное средство — на правую.

При взвешивании лекарственных и вспомогательных веществ их названия ассистент читает трижды: снимая с вертушки, при отвешивании и возвращении штангласа на место. Подсчет мас­сы гирь производится дважды — в начале взвешивания и по окончании.

Порошкообразные вещества при взвешивании на ручных весах помещают непосредственно на чашку весов, а густые — на кружок пергаментной или фильтровальной бумаги (предварительно стари-рованный). Взвешивать какие-либо вещества непосредственно на чашечке тарирных весов недопустимо, нужно применять соответ­ствующую тару (флаконы, банки, капсулы и др.). Во избежание ошибок не рекомендуется для тарирования применять разновес.

Сыпучие вещества отвешивают непосредственно из штангласа пу­тем легкого постукивания по нему указательным пальцем правой руки. Прибавляют вещество небольшими порциями так, чтобы нити весов не загрязнялись. По мере приближения момента равновесия порции добавляемого вещества уменьшают, чтобы исключить воз­можную передозировку порошка. В случае необходимости вещество отбирают при помощи пластмассовой или целлулоидной пластинки. После взвешивания с весов сначала снимают разновес (и второй раз проводят подсчет массы гирь), а затем лекарственное вещество. Пос­ле каждого отвешивания лекарственного вещества из штангласа шейку и пробку штангласа, а также чашечки весов тщательно про­тирают марлевой салфеткой.