Весы (прибор)

Весы (далее В) прибор для определения массы тел по действующей на них силе тяжести. В (прибор) иногда называют также приборы для измерений др. физических величин, преобразуемых с этой целью в силу или в момент силы. К таким приборам относятся, например, токовые весы и Кулона весы. Последовательность действий при определении массы тел на В (прибор) рассмотрена в ст. Взвешивание.

В (прибор) — один из древнейших приборов. Они возникли и совершенствовались с развитием торговли, производства и науки. Простейшие В (прибор) в виде равно-плечного коромысла с подвешенными чашками (рис. 1) широко применялись при меновой торговле в Древнем Вавилоне (2,5 тыс. лет до н. э.) и Египте (2 тыс. лет до н. э.). Несколько позднее появились неравно-плечные В (прибор) с передвижной гирей (см. Безмен). Уже в 4 в. до н. э. Аристотель дал теорию таких В (прибор) (правило моментов сил). В 12 в. арабским ученым аль-Хазини были описаны В (прибор) с чашками, погрешность которых не превышала 0,1%. Они применялись для определения плотности различных веществ, что позволяло распознавать сплавы, выявлять фальшивые монеты, отличать драгоценные камни от поддельных и т.д. В 1586 Г. Галилей для определения плотности тел сконструировал специальные гидростатические В (прибор) Общая теория В (прибор) была развита Л. Эйлером (1747).

Развитие промышленности и транспорта привело к созданию В (прибор), рассчитанных на большие нагрузки. В начале 19 в. были созданы десятичные В (прибор) (рис. 2) (с отношением массы гирь к нагрузке 1:10 — Квинтенц, 1818) и сотенные В (прибор) (В (прибор) Фербенкс, 1831). В конце 19 — начале 20 вв. с развитием поточного производства появились В (прибор) для непрерывного взвешивания (конвейерные, дозировочные и др.). В различных отраслях сельского хозяйства, промышленности, на транспорте стали применять В (прибор) самых разнообразных конструкций для взвешивания конкретных видов продукции (в сельском хозяйстве, например, зерна, корнеплодов, яиц и т.д.; на транспорте — автомобилей, ж.-д. вагонов, самолетов; в промышленности — от мельчайших деталей и узлов в точном приборостроении до многотонных слитков в металлургии). Для научных исследований были разработаны конструкции точных В (прибор) — аналитических, микроаналитических, пробирных и др.

В зависимости от назначения В (прибор) делятся на образцовые (для поверки гирь), лабораторные (в том числе аналитические) и общего назначения, применяемые в различных областях науки, техники и народного хозяйства.

По принципу действия В (прибор) подразделяются на рычажные, пружинные, электротензометрические, гидростатические, гидравлические.

Наиболее распространены рычажные В (прибор), их действие основано на законе равновесия рычага. Точка опоры рычага ("коромысла" В (прибор)) может находиться посередине (равноплечные В (прибор)) или быть смещенной относительно середины (неравноплечные и одноплечные В (прибор)). Многие рычажные В (прибор) (например, торговые, автомобильные, порционные и др.) представляют собой комбинацию рычагов 1-го и 2-го родов. Опорами рычагов служат обычно призмы и подушки из специальных сталей или твердого камня (агат, корунд). На равноплечных рычажных В (прибор) взвешиваемое тело уравновешивается гирями, а некоторое превышение (обычно на 0,05—0,1%) массы гирь над массой тела (или наоборот) компенсируется моментом, создаваемым коромыслом (со стрелкой) из-за смещения его центра тяжести относительно первоначального положения (рис. 3). Нагрузка, компенсируемая смещением центра тяжести коромысла, измеряется с помощью отсчетной шкалы. Цена деления s шкалы рычажных В (прибор) определяется формулой

s = k (_oc / lg),

где ₀ — вес коромысла со стрелкой, с — расстояние между центром тяжести коромысла и осью его вращения, l — длина плеча коромысла, g — ускорение

свободного падения, k — коэффициент, зависящий только от разрешающей способности отсчетного устройства. Цену деления, а, следовательно, и чувствительность В (прибор), можно в определенных пределах изменять (обычно за счет перемещения специального грузика, изменяющего расстояние с).

В ряде рычажных лабораторных В (прибор) часть измеряемой нагрузки компенсируется силой электромагнитного взаимодействия — втягиванием сердечника, соединенного с плечом коромысла, в неподвижный соленоид. Сила тока в соленоиде регулируется электронным устройством, приводящим В (прибор) к равновесию. Измеряя силу тока, определяют пропорциональную ей нагрузку В (прибор) Подобного типа В (прибор) приводятся к положению равновесия автоматически, поэтому их применяют обычно для измерений изменяющихся масс (например, при исследованиях процессов окисления, конденсации и др.), когда неудобно или невозможно пользоваться обычными В (прибор) Центр тяжести коромысла совмещен в этих В (прибор) с осью вращения.

В лабораторной практике все шире применяются В (прибор) (в особенности аналитические) со встроенными гирями на часть нагрузки или на полную нагрузку (рис. 4). Принцип действия таких В (прибор) был предложен Д. И. Менделеевым. Гири специальной формы подвешиваются к плечу, на котором находится чашка для нагрузки (одноплечные В (прибор)), или (реже) на противоположное плечо. В одноплечных В (прибор) (рис. 5) полностью исключается погрешность из-за неравноплечности коромысла.

Современные лабораторные В (прибор) (аналитические и др.) снабжаются рядом устройств для повышения точности и скорости взвешивания: успокоителями колебаний чашек (воздушными или дверцами, при открытии которых почти не возникает потоков воздуха, тепловыми экранами, механизмами наложения и снятия встроенных гирь, автоматически действующими механизмами для подбора встроенных гирь при уравновешивании В (прибор) Все чаще применяются проекционные шкалы, позволяющие расширить диапазон измерений по шкале отсчета при малых углах отклонения коромысла. Все это позволяет значительно повысить быстродействие В (прибор)

В быстродействующих технических квадрантных В (прибор) (рис. 6) предел измерений по шкале отклонения коромысла составляет 50—100% от предельной нагрузки В (прибор), обычно лежащей в пределах 20 г — 10 кг. Это достигается особой конструкцией тяжелого коромысла (квадранта), центр тяжести которого расположен значительно ниже оси вращения.

По принципу рычажных В (прибор) устроено большинство типов метрологических, образцовых, аналитических, технических, торговых (рис. 7), медицинских, вагонных, автомобильных В (прибор), а также В (прибор) автоматических и порционных.

В основу действия пружинных и электротензометрических В (прибор) положен закон Гука (см. Гука закон).

Чувствительным элементом в пружинных В (прибор) является спиральная плоская или цилиндрическая пружина, деформирующаяся под действием веса тела. Показания В (прибор) отсчитывают по шкале, вдоль которой перемещается соединенный с пружиной указатель. Принимается, что после снятия нагрузки указатель возвращается в нулевое положение, то есть в пружине под действием нагрузки не возникает остаточных деформаций.

При помощи пружинных В (прибор) измеряют не массу, а вес. Однако в большинстве случаев шкала пружинных В (прибор) градуируется в единицах массы. Вследствие зависимости ускорения свободного падения от географической широты и высоты над уровнем моря показания пружинных В (прибор) зависят от места их нахождения. Кроме того, упругие свойства пружины зависят от температуры и меняются со временем; все это снижает точность пружинных В (прибор)

В крутильных (торзионных) В (прибор), чувствительным элементом служит упругая нить или спиральные пружины (рис. 8). Нагрузка определяется по углу закручивания нити пружины, который пропорционален создаваемому нагрузкой крутильному моменту.

Действие электротензометрических В (прибор) основано на преобразовании деформации упругих элементов (столбиков, пластин, колец), воспринимающих силовое воздействие нагрузки, в изменение электрического сопротивления. Преобразователями служат высокочувствительные проволочные тензометры, приклеенные к упругим элементам. Как правило, электротензометрические В (прибор) (вагонные, автомобильные, крановые и т.д.) применяются для взвешивания больших масс.

Гидростатические В (прибор) применяют, главным образом, для определения плотности твердых тел и жидкостей. Действие их основано на законе Архимеда (см. Гидростатическое взвешивание).

Гидравлические В (прибор) по устройству аналогичны гидравлическому прессу. Отсчет показаний производится по манометру, градуированному в единицах массы.

Все типы В (прибор) характеризуются: 1) предельной нагрузкой — наибольшей статической нагрузкой, которую могут выдерживать В (прибор) без нарушения их метрологических характеристик; 2) ценой деления — массой, соответствующей изменению показания на одно деление шкалы; 3) пределом допускаемой погрешности взвешивания — наибольшей допускаемой разностью между результатом одного взвешивания и действительной массой взвешиваемого тела;

4) допускаемой вариацией показаний — наибольшей допускаемой разностью показаний В (прибор) при неоднократном взвешивании одного и того же тела.

Погрешности взвешивания на В (прибор) некоторых типов при предельной нагрузке.

Типы весов	Предельная нагрузка	Погрешность взвешивания при предельной нагрузке
Метрологические........... Образцовые 1-го и 2-го разрядов Образцовые 3-го разряда и технические 1-го класса............ Аналитические, полумикроаналитические, микроаналитические, пробирные Медицинские.............. Бытовые................. Автомобильные............. Вагонные................ Крутильные..............	1 кг 20 кг — 1 кг 200 г — 2 г 20 кг — 1 кг 200 г —2 г 200 г 100 г 20 г 2 г 1 г 150 кг 20 кг 30 кг — 2 кг 50 т — 10 т 150 т — 50 т 1000 мг — 20 мг 5 мг — 0,5 мг	0,005 мг* 20 мг — 0,5 мг* 1,0 мг — 0,01 мг* 100 мг — 20 мг 10 мг — 0,4 мг 1,0 мг — 0,1 мг* 1,0 мг — 0,1 мг* 0,1 мг — 0,01 мг* 0,02 мг — 0.004 мг* 0,01 мг — 0,004 мг* 50 г 10 г 60 г —5 г 50 кг — 10 кг 150 кг — 50 кг 1,0 мг — 0, 05 мг 0,01 мг— 0,001 мг

* С применением методов точного взвешивания.

Лит.: Рудо Н. М., В. Теория, устройство, регулировка и поверка, М. — Л., 1957; Маликов Л. М., Смирнова Н. А., Аналитические электрические весы, в кн.: Энциклопедия измерений контроля и автоматизации, в. 1, М. — Л., 1962: Орлов С. П., Авдеев Б. А., Весовое оборудование предприятий, М., 1962; Карпин Е. Б., Расчет и конструирование весоизмерительных механизмов и дозаторов, М., 1963; Гаузнер С. И., Михайловский С. С., Орлов В (прибор) В (прибор), Регистрирующие устройства в автоматических процессах взвешивания, М., 1966.

Н. А. Смирнова.

	Copyright © 1999-2023 Oval.ru, All Rights Reserved.