14.1.1. 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.

14.1.2. Классификация применяемых весов и гирь

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.

Рычажные

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.