3.4. Газовые и торзионные (крутильные) весы
Газовые весы являются аналогами гидростатических весов. Основное их применение - определение плотности газов. В приведенных на рис. 71 весах Штока коромысло 4 изготовлено, как и все остальные части, из кварца. Коромысло подвешено на припаянной к нему кварцевой нити 7. Тонкая кварцевая нить лучше всех других материалов способна удлиняться. В частности, нить диаметром около 0,01 мм не обрывается при закручивании на 20 полных оборотов на 1 см длины Другое замечательное свойство тонкой кварцевой нити - строго линейная зависимость противодействующего момента от угла закручивания.
Масса тонкостенного кварцевого поплавка 8, наполненного воздухом, уравновешена массой противовеса 3 - кварцевого тонкостенного шарика с отверстием.
Общая поверхность противовеса (наружная и внутренняя) равна поверхности поплавка для уменьшения влияния адсорбции газов. Объем поплавка составляет около 3 см3, а в противовесе 3 проделано отверстие для уменьшения плавучести. Равновесное положение коромысла определяют при помощи микроскопа по перемещению острия, которым оканчивается противовес 3 относительно указателя 2. Газ подводится в середину прибора 1 через трубку 5.
Перед измерением плотности газовые весы калибруют по газу, для которого известно изменение плотности с изменением давления. Газ, плотность которого надо измерить, тщательно высушивают и освобождают от примесей, после чего осторожно впускают в весы Штока через трубку 5, предварительно удалив из весов воздух. В момент равновесия, когда игла шара 3 устанавливается против указателя 2, фиксируют давление газа. Затем по калибровочному графику находят плотность газа. Чувствительность газовых весов мало зависит от давления газа, но температура весов во избежание движения газа во время опыта должна поддерживаться постоянной.
Торзионные весы (от франц. torsion - окручивание) (рис. 72) Представляют собой устройство, способное уравновешивать массу вещества упругим натяжением пружины весов.
При этом в основном подразумевается деформация кручения пружины. Торзионные весы применяют для быстрого определения небольших масс - от 0,01 до 500 мг. Достоинством торзионных весов является простота конструкции и быстрота взвешивания. Однако точность их не превышает 0,1% от максимальной нагрузки.
Перед взвешиванием освобождают коромысло, связанное с пружиной, передвижением ручки 7 арретира и устанавливают на нуль стрелку 4 с помощью ручки 5 натяжения пружины. При таком положении системы весов указатель равновесия 10 перекрывает черту равновесия 11. Затем закрепляют арретиром коромысло весов и помещают груз на чашку 1, после чего снова арретиром освобождают коромысло. Взвешиваемый предмет поворачивает ось спиральной пружины и закручивает ее. Поворотом оси за ручку натяжения 5 в обратную сторону приводят коромысло в горизонтальное положение. О горизонтальности коромысла судят по совпаданию указателя равновесия 10 с чертой равновесия 11. Тогда стрелка 4 покажет на шкале 6 значение массы измеряемого груза. Угол закручивания пружины пропорционален массе взвешиваемого вещества, и поэтому шкала 6 весов проградуирована в единицах массы (мг).
Взвешивание следует проводить при 20 ± 5 °С, так как при иной температуре погрешность показания весов увеличивается.