3.1. Технохимические весы
Технохимические весы применяют для измерения относительно больших масс (от 100 г до 1 кг) с точностью от 0,05 до 0,5 г. По конструкции технохимические весы бывают равноплечими, трехпризменными (рис. 64) и двухпризменными, одночашечны-ми (рис. 65), называемыми еще квадрантными (от лат. quard-rans - четвертая часть, что означает перемещение грузового плеча 2 в секторе с центральным углом 90°).
Равноплечие коромысловые весы (рис. 64) характеризуются одинаковым расстоянием от центров грузоподъемных призм 1 (рис. 64, б) до точки опоры центральной призмы 3 (опорной призмы). Для уменьшения массы коромысло 5 весов делают из дюралюминия, сплавов на основе титана большой прочности и с малым коэффициентом термического расширения. У двуплечих весов осями вращения и точками приложения масс служат три призмы 1 и 3 (рис. 64, б), которые должны быть расположены параллельно и в одной плоскости.
В качестве материала призм и подушек 2 и 4 для них чаще всего применяют агат - малогигроскопичный и химически устойчивый в воздушной среде минерал. Используют также корунд - плавленый оксид алюминия Аl2O3 в техно-химических весах с нагрузкой более 200 г. Подушки 2 весов, как правило, плоские. Лезвия призм 1 и 3 и рабочую плоскость подушек после шлифовки подвергают еше и алмазной полировке.
Твердость агата и корунда (лейкосапфира) по шкале Мооса равна соответственно 7 и 9. По своим физико-механическим свойствам корунд намного превосходит агат. Его недостаток - склонность к сколообразованию и хруп-ость. Твердость подушек должна быть выше твердости призм, но пока надлежащего материала кроме карбида кремния SiC не найдено.
Рис. 64. Технохимические весы (с) и устройство равноплечего коромысла (б): а: 1 - винт с гайкой; 2 - коромысло; 3 - серьга; 4 - стрелка; 5 - отвес; 6 - стремена; 7-чашки; 8 - основание весов; 9 - шкала; 10 -арретир; 11 - ножки; 12 - балансировочные гайки
При равенстве масс взвешиваемого вещества и гирек стрелка
4 коромысла 2 (рис. 64, а) указывает на центр шкалы 9 весов (нулевое положение). Перед взвешиванием весы устанавливают в строго горизонтальном положении либо при помощи отвеса 5, либо по жидкостному уровню. Затем поворотом ручки 10 арретира опускают центральную призму 3 коромысла
5 (рис. 64, б) на опорную подушку 4, одновременно опускаются и упоры чашек 7 (рис. 64, а). С этого момента все три призмы касаются своих подушек и начинаются колебания коромысла около положения равновесия: стрелка 4 (рис. 64, а) через 2-3 с начинает отклоняться вправо и влево от нуля на одно и то же число делений с точностью ±2 деления. Если этого не происходит, то при помощи балансировочных гаек 12 добиваются равновесия правого и левого плечей коромысла.
Рис. 65. Устройство двухпризменных одночашечных весов (а, б) и их внешний вид (в):
1 - чашка с грузом; 2 - грузоподъемная призма; 3 - шарнирная система; 4 - коромысло; 5- опорная призма; 6- встроенные гири; 7- противовес; 8- микрошкала
Весы, пригодные к работе, прежде всего не должны изменять положение своего нуля при многократном нагружении и разгружении чашек. Перед каждым помещением взвешиваемого вещества или гирек на чашки весов необходимо арретиром привести весы в нерабочее положение, когда между ребрами призм и их подушками появляются просветы в 0,1-0,2 мм.
Принято груз помещать на левую чашку весов, а гирьки из разновеса - на правую.
Разновес. Для взвешивания на технохимических трехприз-менных весах (см. рис. 64, а) применяют разновес - набор граммовых и миллиграммовых гирь, расположенных в гнездах деревянного ящичка с внутренней бархатной или другой мягкой, не выделяющей волокон и других частиц, прокладкой, предохраняющей гири от истирания. Гнезда миллиграммовых гирек закрыты стеклянной пластинкой, предохраняющей гири от пыли из воздуха. В ящичке расположен и пинцет с костяными или пластмассовыми наконечниками, с помощью которого берут и устанавливают на чашке весов гири. Для уравновешивания малых долей массы служит проволочная гиря, имеющая вид вилки. Ее называют гусариком, или рейтером. Рейтер имеет массу 1 или 5 мг.
Гири изготавливают из различных сплавов с многослойным хромовым покрытием. Каждая гирька имеет погрешности, которые при точной работе следует учитывать, погрешности указаны в паспорте разновеса.
При использовании разновеса ни в коем случае нельзя касаться гирек руками, и этого правила необходимо придерживаться с педантичной аккуратностью. Гирьки берут осторожно только пинцетом, не сильно его сжимая, так как пальцы рук всегда покрыты тонкой пленкой жира и влаги, которые не только увеличивают массу гирь, но и способствуют окислению металла. Разумеется, наконечники пинцета должны быть чистыми и обезжиренными. Ими нельзя касаться других предметов, кроме гирь.
Снятую с правой чашки весов гирьку немедленно ставят в соответствующее гнездо разновеса, но ни в коем случае не на основание весов или, что еще хуже, на весовой стол. Ящик разновеса открывают только на время переноса гирек на чашку весов и обратно в разновес. Стекло, закрывающее миллиграммовые гирьки, снимается при отсутствии на нем ручки легким нажатием на один из его концов. Тогда другой конец приподнимается и его можно захватить пальцами.
В каждом разновесе находится по две и по три гири одинаковой массы. Чтобы их не перепутать, первую гирьку оставляют без пометок, на второй ставят рядом с цифрой, означающей Массу, одну звездочку (*), а на третьей - две звездочки.
Через каждые 6 месяцев разновес следует отправлять в весовую мастерскую на проверку. Протирать каким-либо растворителем помутневшие гирьки категорически запрещается. Разновес с такими гирьками надо немедленно отправить в весовую мастерскую.
Взвешивание при помощи гирь. После того, как взвешиваемый предмет установлен на левой чашке весов, коробку с разновесом ставят как можно ближе к правой чашке весов и при помощи пинцета берут гирю заведомо большей массы, чем предполагаемая масса предмета. Например, если ориентировочно допускают массу груза в 10 г, то взвешивание начинают с гири массой в 20 г. Эту гирю осторожно, без удара о чашку, помешают на середину правой чашки весов, а левой рукой поворачивают ручку арретира на столько, чтобы стрелка отклонилась не больше, чем на 2-3 деления шкалы. Отклонение стрелки влево указывает на перевес - избыток массы гирь, а отклонение вправо - на недостаток. Убедившись, что гиря в 20 г велика, ее снимают, предварительно опустив коромысло весов, и помешают в футляр разновеса на свое место и пробуют следующую гирю в 10 г. Если взвешиваемый груз перетягивает, то прибавляют на чашку весов следующую по значению массы гирю в 5 г и т.д. Так поступают до тех пор, пока после прибавления очередной гири чашка с гирями не станет перетягивать чашку с грузом.
Гири тяжелее 1 г помещают в середину чашки, и чем тяжелее гиря, тем ближе ее ставят к середине чашки. Гири легче 1 г помещают по краю чашки в порядке вынимания их из футляра разновеса. В разновесе все миллиграммовые гирьки должны лежать отогнутыми концами в одну сторону. Подобным образом их размещают и по краю чашки весов. Это позволяет быстро взвешивать.
Взвешивание заканчивают, когда стрелка весов станет отклоняться в обе стороны приблизительно на одно число делений. Массу груза устанавливают по пустым гнездам разновеса. Затем снимают гири с чашки весов в строго определенном порядке, начиная с самой крупной гири, и при этом еще раз проверяют запись массы груза.
Двухпризменные, или одночашечные, весы (рис. 65, а, б) представляют собой несимметричный рычаг с двумя призмами 2 и 5. Опорная призма 5 опирается на неподвижную плоскую подушку. Грузоприемная подвеска имеет рейку с навешанными встроенными гирями 6 (в варианте а весов рейка находится на правом коромысле весов). Изображение микрошкалы 8 проецируется на экран отсчетного устройства, дающего непосредственные значения масс взвешиваемых предметов.
В исходном положении все встроенные гири нагружены на подвеску, и рычаг для весов типа б уравновешен противовесом 7. После помещения на грузоприемную чашку 1 груза снимают с рейки такое число гирь, чтобы их суммарная масса приблизительно соответствовала массе груза. Разницу между массой груза и массой снятых гирь оПределяют по показаниям отсчетного устройства. При максимальных нагрузках 500 и 100 г точность взвешивания составляет соответственно 10 и 5 мг.