3.2. Аналитические весы. Часть 1

Аналитические весы - наиболее распространенный класс дву- и одноплечих коромысловых весов различных модификаций с максимальной нагрузкой до 200 г и чувствительностью 0,01-0,1 мг. Микроаналитические весы отличаются от аналитических лишь тем, что у них предельная нагрузка около 20 г, а чувствительность доведена до 0,01-0,001 мг. Под ультрамикровесами понимают все весы, чувствительность которых составляет 10-5 - 10-3 мг, а максимальная нагрузка колеблется от 1 г до 10 г.

В аналитических весах новейших типов разновес находится около коромысла (встроенные гири) и навешивается на него либо механическим, либо автоматическим приспособлением при взвешивании вещества. В этом случае подбор гирь становится намного легче и проще, устраняется необходимость в тщательном центрировании на чашке гирь большой массы. Исключается также открывание дверцы весов, и поэтому внутри их не создаются воздушные вихри, нарушающие температурный режим взвешивания.

Основные узлы аналитических весов. Порядок взвешивания на аналитических весах разного вида определяется инструкцией, прилагаемой к каждому типу весов. Здесь рассмотрим наиболее важные узлы и характеристики взвешивания.

Арретир (нем. Arretier(ung), франц. arreter - фиксировать, останавливать) - приспособление для установки и закрепления коромысла весов в нерабочем положении, чтобы предохранить ребра призм от быстрого изнашивания. Другое название этого приспособления - изолир. У арретированных весов ни одна призма не касается своих опорных агатовых подушек. Расстояние между ребром призмы и плоскостью подушки составляет у арретированных весов 0,1-0,3 мм. Такой небольшой зазор позволяет сохранять постоянными места соприкосновения призм с подушками и исключает сильные удары призм о грузоприемные подушки при неосторожном опускании коромысла арретиром. У арретированных весов чашки висят не на коромысле, а покоятся на упорах (см. рис. 64, а).

Рис. 66. устройство вейтографа

Рис. 67. Устройство демпфера Кюри (а)и и пластинчатого демпфера (б):|Н

а: 1 - стойка коромысла; 2 - стрелка весов;3 - стакан, висящий на коромысле; 4 - стакан,закрепленный на стойке весов; 5 - крючок коромысла

Опускать арретир надо очень медленно, чтобы призмы мягко соприкоснулись с опорными подушками, а не ударились бы о них. Только тогда, когда коромысло весов начнет уже покачиваться и дрогнет конец стрелки, можно несколько ускорить движение арретира и опустить его до конца.

Пока весы не арретированы, ничего нельзя помещать на чашки, а также снимать с них что-либо или вообще трогать весы, открывать или закрывать боковые дверцы и поднимать переднюю.

Стрелка весов и шкала - наиболее простые отсчетные устройства для определения положения нулевой точки. При рассмотрении шкалы невооруженным глазом размер деления нельзя делать меньше 1 мм, так как это сильно затруднит наблюдение: оценить положение стрелки относительно шкалы можно только с точностью до 0,5 мм при условии, что стрелка движется вблизи шкалы.

В современных аналитических весах применяют для отсчета отклонения стрелки оптические устройства, позволяющие доводить точность отсчета до 0,001-0,005 мм. Такие устройства называют вейтографами (рис. 66). Луч света от осветителя 1, расположенного сзади весов, проходит через линзы 2 и окно в колонке 3 коромысла и микрошкалу 5, закрепленную в нижней части стрелки 4 весов. Затем луч света попадает в объектив 6 установленный перед стрелкой, а после него отразившись от двух зеркал 7 и 8, падает на матовый экран 9, на котором в качестве отсчетного знака нанесена вертикальная черта. Исследователь видит на экране в увеличенном виде деления микрошкалы, перемещающиеся относительно вертикальной черты.

Для уменьшения числа колебаний коромысла около положения равновесия, а следовательно, и перемещения стрелки со шкалой или вдоль шкалы, применяют успокоители колебаний -демпферы.

Демпфер (от нем. Dampfer - глушитель) может иметь разное устройство. На рис. 67 приведена схема демпфера Кюри и пластинчатого демпфера. При наклонении коромысла весов вправо верхний стакан 3 (рис. 67, а) демпфера Кюри сжимает в нижнем неподвижном стакане 4 воздух и заставляет его выходить по длинному извилистому пути наружу. Работа выхода воздуха совершается за счет энергии колебаний весов, что и приводит к быстрому торможению колебаний.

В пластинчатом демпфере (рис. 67, б) роль верхнего стакана выполняет плоский диск-поршень 2, жестко скрепленный с концом коромысла весов. Диск перемещается в стакане 1 с небольшим радиальным зазором. Сопротивление движению регулируют путем перемещения заслонки 3. Такой демпфер применяют преимущественно в двухпризменных весах.

Встречаются весы с магнитным успокоителем, в котором пластинка из немагнитного материала, прикрепленная к коромыслу, перемещается между полюсами постоянного магнита.

Кюри Пьер (1859-1906) - французский физик и химик, лауреат Нобелевской премии по физике. Один из основателей учения о радиоактивности.

Нулевая отметка - это среднее арифметическое показаний отклонений стрелки от положения равновесия, наблюдаемых при качаниях ненагруженных весов. Нулевую отметку проверяют перед каждым взвешиванием и определяют ее методом качаний, основанным на измерении 3-5 последовательных отклонений стрелки в одну и другую сторону. Первые 2-3 колебания после осторожного опускания коромысла арретиром не принимают во внимание, а последующие отклонения стрелки записывают. Например, получены отклонения стрелки влево: 5,6; 5,8 и 5,9 (рис. 68). Среднее значение 17,3:3 = 5,8. Отклонения вправо составили 14,9 и 14,7. Среднее значение 29,6:2 = 14,8. Тогда нулевая отметка равна 1/2(5,8 + 14,8) = 10,3. Для проверки полученного результата повторяют определение положения нулевой отметки три раза, каждый раз опуская коромысло весов при Помощи арретира, а затем поднимая его.

Из полученных трех результатов берут среднее арифметическое, которое и принимают за истинное положение равновесия (нулевую отметку). Отсчеты берут с точностью до десятых долей Деления, начиная всегда с какой-нибудь одной стороны шкалы. на рис. 68 приведены отсчеты по шкале, имеющей нуль слева.

В весах с демпферами положение равновесия (нулевая отметка) отсчитывают непосредственно по шкале после полной остановки стрелки. Показания весов считают устойчивыми, если отклонения от положения нулевой отметки каждый раз не превышают 0,2 деления шкалы. Масса взвешиваемого вещества будет равна массе гирь только в том случае, когда при взвешивании стрелка весов будет находиться в положении равновесия, отвечающего в данном случае делению шкалы 10,3.

Рис. 68. Отсчет показаний стрелки весов при колебаниях коромысла

Чувствительность весов - это минимальное изменение массы, которое весы в состоянии отметить. Чувствительность коромысловых весов определяют числом делений шкалы, указываемых стрелкой коромысла при нагрузке чашки 1 мг. Чем меньше масса предмета, вызывающая отклонение стрелки на одно деление шкалы, тем чувствительнее весы. Чувствительность весов - это цена (в мг) одного деления шкалы.

Чувствительность весов зависит от расстояния 1 (см. рис. 64) между центром тяжести коромысла и линией опоры ребра опорной призмы. Чтобы весы стали чувствительнее, т. е. чтобы меньший груз отклонял стрелку на больший угол, надо уменьшить значение 1. Для этого на аналитических весах подвинчивают гайку вверх по винту, установленному вертикально над коромыслом, или перемещают специальную муфточку на стрелке весов. Излишнее увеличение чувствительности весов не рекомендуется, так как при этом сильно возрастает период колебаний стрелки, а значит, и время, требующееся на взвешивание. Поэтому устанавливают центр тяжести на такой высоте, чтобы груз 1 мг вызывал отклонение стрелки не более чем на 3-4 деления шкалы.

Для определения чувствительности аналитических весов при полной их нагрузке на каждую чашку помешают гири по 200 г и после 2-3 колебаний стрелки записывают ее отклонение вправо на L1 делений шкалы, влево на l2 делений и снова вправо на h делений шкалы. Положение нулевой отметки L1 будет равно:

L1 = 1/4(L1 + 2L2 + L3). (3.1)

Затем, не арретируя весы, добавляют на одну из чашек гирю о очень малой массой т (1-2 мг) и снова определяют из показаний стрелки нулевую отметку L2 по формуле (3.1). Тогда чувствительность весов будет равна в мг/деление шкалы.

S= m/L1 + L2) (3-2)

Подобным образом определяют чувствительность весов при всякой другой нагрузке.

Обычно проверку чувствительности весов проводят при полной нагрузке и при 1/10 ее части.

Так как чувствительность весов следует находить при каждом точном взвешивании, то для сокращения времени ее определяют по предварительно построенному графику, отложив на оси абсцисс нагрузку, а на оси ординат - соответствующую этим нагрузкам чувствительность.

у хороших весов чувствительность не зависит от нагрузки и график будет представлять горизонтальную прямую. Однако с течением времени, по мере затупления ребер призм коромысла, чувствительность весов все больше начинает зависеть от нагрузки.

Значение чувствительности аналитических весов и положение нулевой отметки принимают во внимание при точном взвешивании, после того как уже записаны значения целых миллиграммов по показаниям делений коромысла, на которые посажен рейтер. Если чувствительность весов равна S = 0,05 мг/деление шкалы, а отклонение стрелки от нулевой отметки при нагрузке, например, в 20,531 г равно 5 делениям шкалы, причем чашка с грузом отклонилась вниз по сравнению с гиревой чашкой (недогруз), то для получения истинной массы груза к нагрузке в 20,531 г добавляют 5S = 0,25 мг и масса груза будет равна 20,53125 г.

 

Другие части:

3.2. Аналитические весы. Часть 1

3.2. Аналитические весы. Часть 2

 

 

К оглавлению