Веси (прилад)
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Веси (прилад)

Веси, прилад для визначення маси тіл по силі тяжіння, що діє на них. Ст інколи називають також прилади для вимірів ін. фізичних величин, що перетворюються з цією метою в силу або у момент сили. До таких приладів відносяться, наприклад, струмові ваги і Кулона ваги . Послідовність дій при визначенні маси тіл на Ст розглянута в ст. Зважування .

загрузка...

  Ст — один з прадавніх приладів. Вони виникли і удосконалювалися з розвитком торгівлі, виробництва і науки. Прості Ст у вигляді равно-плічного коромисла з підвішеними чашками ( мал. 1 ) широко застосовувалися при міновій торгівлі в Древньому Вавілоні (2,5 тис. років до н.е.(наша ера)) і Єгипті (2 тис. років до н. е.(наша ера)). Декілька пізніше з'явилися нерівно-плічні Ст з пересувною гирею (див. Безмін ) . Вже в 4 ст до н.е.(наша ера) Арістотель дав теорію таких Ст (правило моментів сил ) . В 12 ст арабським ученим аль-Хазіні були описані Ст з чашками, погрішність яких не перевищувала 0,1%. Вони застосовувалися для визначення щільності різних речовин, що дозволяло розпізнавати сплави, виявляти фальшиві монети, відрізняти коштовні камені від підроблених і так далі У 1586 Р. Галілей для визначення щільності тіл сконструював спеціальні гідростатичні В. Общая теорія Ст була розвинена Л. Ейлером (1747).

  Розвиток промисловості і транспорту привів до створення Ст, розрахованих на великі навантаження. На початку 19 ст були створені десяткові Ст ( мал. 2 ) (з відношенням маси гирь до навантаження 1:10 — Квінтенц, 1818) і сотенні Ст (Ст Фербенкс, 1831). В кінці 19 — початку 20 вв.(століття) з розвитком потокового виробництва з'явилися Ст для безперервного зважування (конвеєрні, дозування і ін.). У різних галузях сільського господарства, промисловості, на транспорті стали застосовувати Ст найрізноманітніших конструкцій для зважування конкретних видів продукції (у сільському господарстві, наприклад, зерна, коренеплодів, яєць і т.д.; на транспорті — автомобілів, же.-д.(железнодорожний) вагонів, літаків; у промисловості — від найдрібніших деталей і вузлів в точному приладобудуванні до багатотонних злитків в металургії). Для наукових досліджень були розроблені конструкції точних Ст — аналітичних, мікроаналітичних, пробірних і ін.

  Залежно від призначення Ст діляться на зразкових (для перевірки гирь), лабораторних (у тому числі аналітичні) і загального призначення, вживані в різних областях науки, техніки і народного господарства.

  За принципом дії Ст підрозділяються на важелі, пружинні, електротензометрічеськие, гідростатичні, гідравлічні.

  Найбільш поширені Ст важелів, їх дія заснована на законі рівноваги важеля . Точка опори важеля («коромисла» Ст) може знаходитися посередині (равноплечниє Ст) або бути зміщеною відносно середини (неравноплечниє і одинплічні Ст). Багато Ст (наприклад, торгівельні, автомобільні, порційні і ін.) важелів є комбінацією важелів 1-го і 2-го родів. Опорами важелів служать зазвичай призми і подушки із спеціальних сталей або твердого каменя (агат, корунд). На равноплечних Ст важелів зважуване тіло врівноважується гирями, а деяке перевищення (зазвичай на 0,05—0,1%) маси гирь над масою тіла (або навпаки) компенсується моментом, створюваним коромислом (із стрілкою) із-за зсуву його центру тяжіння відносно первинного положення ( мал. 3 ). Навантаження, що компенсується зсувом центру тяжіння коромисла, вимірюється за допомогою відлікової шкали. Ціна ділення s шкали Ст важелів визначається формулою

  s = до ( P про з / lg ) ,

  де P 0 — вага коромисла із стрілкою, з — відстань між центром тягаря коромисла і віссю його обертання, l — довжина плеча коромисла, g — прискорення

  вільного падіння, до — коефіцієнт, залежний лише від роздільної здатності відлікового пристрою. Ціну ділення, а, отже, і чутливість Ст, можна в певних межах змінювати (зазвичай за рахунок переміщення спеціального важка, що змінює відстань з ).

  У ряді лабораторних Ст важелів частина вимірюваного навантаження компенсується силоміць електромагнітної взаємодії — втягуванням залізного сердечника, сполученого з плечем коромисла, в нерухомий соленоїд. Сила струму в соленоїді регулюється електронним пристроєм Ст, що приводить, до рівноваги. Вимірюючи силу струму, визначають пропорційне нею навантаження В. Подобного типа Ст приводяться до положення рівноваги автоматично, тому їх застосовують зазвичай для вимірів мас (наприклад, при дослідженнях процесів окислення, конденсації і ін.), що змінюються, коли незручно або неможливо користуватися звичайними В. Центр тягарю коромисла поєднаний в цих Ст з віссю обертання.

  В лабораторній практиці все ширше застосовуються Ст (особливо аналітичні) з вбудованими гирями на частину навантаження або на повне навантаження ( мал. 4 ). Принцип дії таких Ст був запропонований Д. І. Менделєєвим . Гирі спеціальної форми підвішуються до плеча, на якому знаходиться чашка для навантаження (одинплічні Ст), або (рідше) на протилежне плече. У одинплічних Ст ( мал. 5 ) повністю виключається погрішність із-за неравноплечності коромисла.

  Сучасні лабораторні Ст (аналітичні і ін.) забезпечуються рядом пристроїв для підвищення точності і швидкості зважування: заспокоювачами коливань чашок (повітрям або магнітними), дверцями, при відкритті яких майже не виникає потоків повітря, тепловими екранами, механізмами накладення і зняття вбудованих гирь, механізмами, що автоматично діють, для підбору вбудованих гирь при урівноваженні В. Все частіше застосовуються проекційні шкали, що дозволяють розширити діапазон вимірів за шкалою відліку при малих кутах відхилення коромисла. Все це дозволяє значно підвищити швидкодію Ст

  В швидкодіючих технічних квадрантних Ст ( мал. 6 ) межа вимірів за шкалою відхилення коромисла складає 50—100% від граничного навантаження Ст, зазвичай лежачого в межах 20 г , — 10 кг . Це досягається особливою конструкцією важкого коромисла (квадранта), центр тяжіння якого розташований значно нижче за вісь обертання.

  За принципом Ст важелів влаштовано більшість типів метрологічних, зразкових, аналітичних, технічних, торгівельних ( мал. 7 ), медичних, вагонних, автомобільних Ст, а також Ст автоматичні і порційні.

  В основу дії пружинних і електротензометрічеських Ст покладений закон Гуку (див. Гуку закон ) .

  Чутливим елементом в пружинних Ст є спіральна плоска або циліндрова пружина, що деформується під дією ваги тіла. Свідчення Ст відлічують за шкалою, уздовж якої переміщається сполучений з пружиною покажчик. Приймається, що після зняття навантаження покажчик повертається в нульове положення, тобто в пружині під дією навантаження не виникає залишкових деформацій.

  За допомогою пружинних Ст вимірюють не масу, а вагу. Проте в більшості випадків шкала пружинних Ст градуюється в одиницях маси. Унаслідок залежності прискорення вільного падіння від географічної широти і висоти над рівнем морить свідчення пружинних Ст залежать від місця їх знаходження. Крім того, пружні властивості пружини залежать від температури і міняються з часом; все це знижує точність пружинних Ст

  В крутильних (торзіонних) Ст, чутливим елементом служить пружна нитка або спіральні пружини ( мал. 8 ). Навантаження визначається по куту закручування нитки пружини, який пропорційний створюваному навантаженням крутильному моменту.

  Дія електротензометрічеських Ст заснована на перетворенні деформації пружних елементів (стовпчиків, пластин, кілець), що сприймають силову дію навантаження, в зміна електричного опору. Перетворювачами служать високочутливі дротяні тензометри, приклеєні до пружних елементів. Як правило, електротензометрічеськие Ст (вагонні, автомобільні, крани і т.д.) застосовуються для зважування великих мас.

  Гідростатичні Ст застосовують, головним чином, для визначення щільності твердих тіл і рідин. Дія їх засновано на законі Архімеда (див. Гідростатичне зважування ) .

  Гідравлічні Ст по пристрою аналогічні гідравлічному пресу . Відлік свідчень виробляється по манометру, градуйованому в одиницях маси.

  Всі типи Ст характеризуються: 1) граничним навантаженням — найбільшим статичним навантаженням, яке можуть витримувати Ст без порушення їх метрологічних характеристик; 2) ціною ділення — масою, відповідною зміні свідчення на одне ділення шкали; 3) межею похибки зважування, що припускається, — найбільшою різницею, що допускається, між результатом одного зважування і дійсною масою зважуваного тіла;

  4) варіацією свідчень, що допускається, — що найбільшою допускається різницею свідчень Ст при неодноразовому зважуванні одного і того ж тіла.

  Погрішності зважування на Ст деяких типів при граничному навантаженні.

Типи вагів

Граничне навантаження

Погрішність зважування при граничному навантаженні

Метрологічні...........

Зразкові 1-го і 2-го розрядів

Зразкові 3-го розряду і

технічні 1-го класу............

Аналітичні, полумікроаналітічеськие, мікроаналітичні пробірні

Медичні..............

Побутові.................

Автомобільні.............

Вагонні................

Крутільниє..............

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 міліграм — 20 міліграм

5 міліграма — 0,5 міліграма

0,005 мг*

20 міліграма — 0,5 мг*

1,0 міліграм — 0,01 мг*

 

100 міліграма — 20 міліграма

10 міліграма — 0, 4 міліграма

1,0 міліграма — 0,1 мг*

1,0 міліграм — 0,1 мг*

0,1 міліграм — 0,01 мг*

  0,02 міліграм — 0.004 мг*

  0,01 міліграм — 0,004 мг*

  50 г

  10 г

  60 г —5 г

50 кг — 10 кг

150 кг — 50 кг

1,0 міліграма — 0, 05 міліграм

  0,01 мг— 0,001 міліграм

  * Із застосуванням методів точного зважування.

  Літ.: Рудо Н. М., Веси. Теорія, пристрій, регулювання і перевірка М. — Л., 1957; Маліков Л. М., Смирнова Н. А., Аналітичні електричні ваги, в кн.: Енциклопедія вимірів контролю і автоматизації, ст 1, М. — Л., 1962: Орлів С. П., Авдєєв Би. А., Вагове устаткування підприємств, М., 1962; Карпін Е. Б., Розрахунок і конструювання весоїзмерітельних механізмів і дозаторів, М., 1963; Гаузнер С. І., Михайлівський С. С., Орлів Ст Ст, Реєструючі пристрою в автоматичних процесах зважування, М., 1966.

  Н. А. Смирнова.

Мал. 6. Квадрантні ваги з проекційною шкалою (а — загальний вигляд, би — схема): 1 — грузопріємная чашка; 2 — противага-квадрант; 3 — важіль, кут відхилення якого вимірюється за допомогою проекційної шкали 4, через яку проходить світловий пучок 5, що проектує зображення шкали на екран 6.

Мал. 8. Схема крутильних (торзіонних) вагів: 1 — спіральні пружини; 2 — важіль для приміщення навантаження; 3 — магнітний прискорювач; 4 — стрілка; 5 — шкала.

Мал. 4. Равноплечниє двохчашкові мікроаналітичні ваги (граничне навантаження 20 г ): 1 — коромисло; 2 — повітряні заспокоювачі; 3 — механізми накладення вбудованих гирь (від 1 до 999 міліграм ); 4 — екран, на який проектується шкала відліку; 5 — маніпулятор, що висуває чашку вагів у віконце; 6 — перегородка, що захищає коромисло від температурних впливів і повітряних потоків; 7 — вбудовані гирі, що мають вигляд кілець.

Мал. 1. Староєгипетські ваги важелів (гирям додавалася форма тварин).

Мал. 2. Схема десяткових вагів системи Квінтенца. АТ(автономна область) До — важіль 1-го роду, EDC — важіль 2-го роду. Гирі врівноважують в 10 разів велике навантаження за наступних умов: ОА : ОВ = 10 : 1; CE : CD = OK : OB.

Мал. 5. Схема одинплічних аналітичних вагів: 1 — коромисло; 2 — вбудовані гирі; 3 — грузопріємная чашка; 4 — противага і заспокоювач; 5 — джерело світла; 6 — проекційна шкала; 7 — об'єктив; 8 — пристрій для корекції нуля; 9 — екран.

Мал. 3. Схема равноплечних вагів важелів: Про — точка опори коромисла AB; З і P 0 — центр тяжіння і вага коромисла із стрілкою; ОС = з — відстань між крапкою опори і центром тяжіння коромисла; Р — вага тіла; р — перевантажень, врівноважуваний зсувом центру тяжіння коромисла; l — плече коромисла; r — довжина стрілки; h — відхилення стрілки.

Мал. 7. Настільні ваги циферблатів (торгівельні) (а — загальний вигляд, би — схема): 1 — основний равноплечний важіль; 2 — опорна призма; 3—4 — грузопріємниє призми; 5—6 — стійки для запобігання перекиданню чашок; 7 — квадрант; 8 — стрілка; 9 — шкала.