У этого термина существуют и другие значения, см. Весы (значения).
Старинные весы для взвешивания табака (1850-е годы)
Весы хорошо видны на папирусе ХIX династии (около 1250 года до н. э.). Согласно древнеегипетской «Книге мертвых», Анубис, на входе в подземное царство взвешивает сердце всякого умершего на особых весах, где в качестве гири выступает богиня правосудия Маат.
Классификация по принципу действия
Весы, эквилибр и компаратор
В равноплечных рычажных весах точки подвеса грузов (m1 и m2) и точка опоры образуют равнобедренный треугольник (коромысло) с высотой h и вершиной в точке опоры. При повороте равнобедренного треугольника (коромысла) на угол α одно плечо увеличивается, а другое уменьшается. Поворот коромысла останавливается при равенстве крутящих моментов: m1*l1=m2*l2, m1/m2=l2/l1, где l1 и l2 — плечи крутящих моментов. Угол поворота коромысла можно отградуировать в единицах массы (количество). Чем меньше высота треугольника — h, тем меньше изменение плеч при повороте и больше чувствительность весов. Такое устройство соответствует состоянию устойчивого равновесия.
При нулевой высоте треугольника h=0 (как это иногда рисуют в некоторых статьях) коромысло из треугольника превращается в прямую линию. При повороте прямого коромысла длина плеч изменяется одинаково, соотношение l1/l2 не изменяется и равновесие не устанавливается. Такое устройство соответствует состоянию безразличного равновесия. При взвешивании на эквилибре положения устойчивого равновесия нет и равновесие определяют по безразличному положению коромысла при ручном отклонении влево и вправо.
Если точка опоры находится ниже точек подвеса, то такое устройство работает как компаратор или триггер, т.е. определяет только какая из двух масс больше, а какая меньше (качество). Такое устройство соответствует состоянию неустойчивого равновесия.
Одногиревые разноплечные весы 0-100 граммов
Условия равновесия совсем другие,чем равноплечных весах.
Одногиревые разноплечные весы, приведённые на рисунке справа, уменьшают число гирь (разновесов) и вероятность их потери, т.е. имеют повышенную надёжность, но имеют сильно уменьшенный диапазон взвешиваемых грузов. Шкала весов нелинейна, сжата на краях диапазона весов и растянута в средней части диапазона весов.
Электронные весы для взвешивания мешков риса
Набор гирь для чашечных весов — разновес
Современные весы для взвешивания предметов малой массы
Согласно ГОСТ 29329-92 весы можно подразделить на следующие группы:
По области применения (эксплуатационному назначению):
По точности взвешивания:
По способу установки на месте эксплуатации:
По виду уравновешивающего устройства:
По виду грузоприемного устройства:
По способу достижения положения равновесия:
В зависимости от вида отсчетного устройства:
ГОСТ 24104-01, который описывает общие технические требования, предъявляемые к лабораторным весам, классифицирует их следующим образом:
По классу точности
Основные параметры весов
Наибольший предел взвешивания (НПВ) — верхняя граница предела взвешивания, определяющая наибольшую массу, измеряемую при одноразовом взвешивании.
Наименьший предел взвешивания (НМПВ) — нижняя граница предела взвешивания, определяется минимальным грузом, при одноразовом взвешивании которого относительная погрешность взвешивания не должна превышать допустимого значения.
Цена деления d — разность значений массы, соответствующих двум соседним отметкам шкалы весов с аналоговым отсчетным устройством, или значение массы, соответствующее дискретности отсчета цифровых весов.
Цена поверочного деления e — условная величина, выраженная в единицах массы, используемая при классификации весов и нормировании требований к ним.
Число поверочных делений n — значение НПВ/e.
Предельно допустимая погрешность измерений определяется ценой поверочного деления e. Обычно производитель весов гарантирует следующее соотношение: d = e. Чем ниже погрешность, тем выше точность измерений.
Погрешность весов в диапазоне измерений по абсолютному значению не должна превышать пределов допускаемой погрешности, приведенных в таблице (ГОСТ 24104-2001):
Пылевлагозащита IP (International Protection, «Ingress») — степени защиты, обеспечиваемые оболочками (IEC 60529, DIN 40050, ГОСТ 14254-96). Обычно обозначается как «IP» и две цифры, первая — степень защиты людей от доступа к опасным частям электрооборудования и самого изделия от попадания внутрь посторонних твёрдых предметов (от 0 до 6), а вторая — степень его защиты от вредных воздействий в результате проникновения воды (от 0 до 8). «Защиту от пыли» имеют изделия с IP5X и выше. «Защиту от брызг» — изделия с IPX3 и выше, герметизацию — IPX7 и IPX8. Максимальная степень защиты электрооборудования по ГОСТ — IP68 (пыленепроницаемое и герметичное при длительном нахождении под слоем воды 15 см от верхней точки). Комбинация IP69K (есть только в DIN) — означает пыленепроницаемость и влагозащищённость при чистке струёй высокого давления или паром (но, вообще говоря, не гарантирует герметичность при нахождении в воде).
Взрывозащита весов Ex. Для использования весов в среде огне- и взрывоопасных смесей, на предприятиях нефтеперерабатывающей, химической, горнодобывающей, пищевой промышленностей весовое оборудование выполняется во взрывозащищенном исполнении. Наличие маркировки Ex с последующими цифровыми обозначениями подразумевает, что в весах или другом оборудовании, которое находится во взрывоопасной среде, не может образоваться искра, способная вызвать взрыв или возгорание этой смеси.
Устройство выборки массы тары — устройство, позволяющее привести показания весов к нулю, когда тара помещается на грузоприемное устройство, с уменьшением НПВ на массу тары.
Устройство компенсации массы тары — устройство, позволяющее привести показания весов к нулю, когда тара помещается на грузоприемное устройство, без уменьшения НПВ.
При использовании высокоточных весов, таких, как весы аналитические или лабораторные, существует вероятность погрешности измерений. Источником таких погрешностей могут стать следующие факторы:
Наборы гирь для определённых весов называются разновесом. В зависимости от максимальной и минимальной массы, взвешиваемой на весах, разновес может состоять из большего или меньшего числа элементов.
Современная, наиболее распространённая система численного ряда для разновесов была предложена Д. И. Менделеевым. Она обеспечивает минимальное число операций наложения/снятия гирь на чашки весов при подборе навески. Ранее применялся фунтовый разновес. В него входил набор гирь в 1, 2, 3, 6, 12, 24 и 48 золотников. В таком разновесе ни одна гиря не повторялась, а сумма всех их как раз и составляла один фунт. Фунт подразделялся на 96 золотников, а золотник на 96 долей.
Наборы гирь (разновесы) выпускают разных классов точности. Они подлежат обязательной сертификации и первичной и периодической поверке органами метрологического контроля. Для образцовых и аналитических гирей особое значение имеет материал, применяемый для их изготовления. Для того чтобы гири не изменяли своей массы, необходимо, чтобы материалы для них были:
В. ‒ один из древнейших приборов. Они возникли и совершенствовались с развитием торговли, производства и науки. Простейшие В. в виде равно-плечного коромысла с подвешенными чашками () 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. с передвижной гирей (см. ) Уже в 4 в. до н. э. дал теорию таких В. (правило ) В 12 в. арабским учёным аль-Хазини были описаны В. 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. для определения плотности тел сконструировал специальные гидростатические В. Общая теория В. была развита Л. (1747).
Развитие промышленности и транспорта привело к созданию В., рассчитанных на большие нагрузки. В начале 19 в. были созданы десятичные В. () (с отношением массы гирь к нагрузке 1:10 ‒ Квинтенц, 1818) и сотенные В. (В. Фербенкс, 1831). В конце 19 ‒ начале 20 вв. с развитием поточного производства появились В. для непрерывного взвешивания (конвейерные, дозировочные и др.). В различных отраслях сельского хозяйства, промышленности, на транспорте стали применять В. самых разнообразных конструкций для взвешивания конкретных видов продукции (в сельском хозяйстве, например, зерна, корнеплодов, яиц и т.д.; на транспорте ‒ автомобилей, ж.-д. вагонов, самолётов; в промышленности ‒ от мельчайших деталей и узлов в точном приборостроении до многотонных слитков в металлургии). Для научных исследований были разработаны конструкции точных В. ‒ аналитических, микроаналитических, пробирных и др.
В зависимости от назначения В. 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. подразделяются на рычажные, пружинные, электротензометрические, гидростатические, гидравлические.
Наиболее распространены рычажные В., их действие основано на законе равновесия Точка опоры рычага («коромысла» В.) может находиться посередине (равноплечные В.) или быть смещенной относительно середины (неравноплечные и одноплечные В.). Многие рычажные В. (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 твёрдого камня (агат, корунд). На равноплечных рычажных В. 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 (). Нагрузка, компенсируемая смещением центра тяжести коромысла, измеряется с помощью отсчётной шкалы. Цена деления шкалы рычажных В. определяется формулой
(Pc / lg)
где ‒ вес коромысла со стрелкой, ‒ расстояние между центром тяжести коромысла и осью его вращения, длина плеча коромысла, ускорение
свободного падения, коэффициент, зависящий только от разрешающей способности отсчётного устройства. Цену деления, а, следовательно, и чувствительность В., можно в определенных пределах изменять (обычно за счёт перемещения специального грузика, изменяющего расстояние ).
В ряде рычажных лабораторных В. часть измеряемой нагрузки компенсируется силой электромагнитного взаимодействия ‒ втягиванием железного сердечника, соединённого с плечом коромысла, в неподвижный соленоид. Сила тока в соленоиде регулируется электронным устройством, приводящим В. к равновесию. Измеряя силу тока, определяют пропорциональную ей нагрузку В. Подобного типа В. 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. Центр тяжести коромысла совмещен в этих В. с осью вращения.
В лабораторной практике всё шире применяются В. (в особенности аналитические) со встроенными гирями на часть нагрузки или на полную нагрузку (). Принцип действия таких В. был предложен Д. И. Гири специальной формы подвешиваются к плечу, на котором находится чашка для нагрузки (одноплечные В.), или (реже) на противоположное плечо. В одноплечных В. () полностью исключается погрешность из-за неравноплечности коромысла.
Современные лабораторные В. (аналитические и др.) снабжаются рядом устройств для повышения точности и скорости взвешивания: успокоителями колебаний чашек (воздушными или магнитными), 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. Всё чаще применяются проекционные шкалы, позволяющие расширить диапазон измерений по шкале отсчёта при малых углах отклонения коромысла. Всё это позволяет значительно повысить быстродействие В.
В быстродействующих технических квадрантных В. () предел измерений по шкале отклонения коромысла составляет 50‒100% от предельной нагрузки В., обычно лежащей в пределах 20 ‒ 10 . Это достигается особой конструкцией тяжёлого коромысла (квадранта), центр тяжести которого расположен значительно ниже оси вращения.
По принципу рычажных В. устроено большинство типов метрологических, образцовых, аналитических, технических, торговых (), медицинских, вагонных, автомобильных В., а также В. автоматических и порционных.
В основу действия пружинных и электротензометрических В. положен закон Гука (см. )
Чувствительным элементом в пружинных В. является спиральная плоская или цилиндрическая пружина, деформирующаяся под действием веса тела. Показания В. отсчитывают по шкале, вдоль которой перемещается соединённый 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. измеряют не массу, а вес. Однако в большинстве случаев шкала пружинных В. градуируется в единицах массы. Вследствие зависимости ускорения свободного падения от географической широты и высоты над уровнем моря показания пружинных В. зависят от места их нахождения. Кроме того, упругие свойства пружины зависят от температуры и меняются со временем; всё это снижает точность пружинных В.
В крутильных (торзионных) В., чувствительным элементом служит упругая нить или спиральные пружины (). Нагрузка определяется по углу закручивания нити пружины, который пропорционален создаваемому нагрузкой крутильному моменту.
Действие электротензометрических В. основано на преобразовании деформации упругих элементов (столбиков, пластин, колец), воспринимающих силовое воздействие нагрузки, в изменение электрического сопротивления. Преобразователями служат высокочувствительные проволочные приклеенные к упругим элементам. Как правило, электротензометрические В. (вагонные, автомобильные, крановые и т.д.) применяются для взвешивания больших масс.
Гидростатические В. применяют, главным образом, для определения плотности твёрдых тел и жидкостей. Действие их основано на законе Архимеда (см. )
Гидравлические В. по устройству аналогичны Отсчёт показаний производится по манометру, градуированному в единицах массы.
Все типы В. характеризуются: 1) предельной нагрузкой ‒ наибольшей статической нагрузкой, которую могут выдерживать В. 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. при неоднократном взвешивании одного и того же тела.
Погрешности взвешивания на В. некоторых типов при предельной нагрузке.
Погрешность взвешивания при предельной нагрузке
Образцовые 1-го и 2-го разрядов
Образцовые 3-го разряда и
Аналитические, полумикроаналитические, микроаналитические, пробирные
200 ‒ 2
50 10
1,0 0,01
10 мг ‒ 0,4
1,0 0,1
0,02 0.004
0,01 0,004
60 ‒5
150 ‒ 50
1,0 0, 05
0,01 0,001
* С применением методов точного взвешивания.
Рудо Н. М., Весы. 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. В., Регистрирующие устройства в автоматических процессах взвешивания, М., 1966.
Н. А. Смирнова.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия.
.
Весы (прибор)
Весы́ — устройства и приборы для измерения веса.
Набор гирь для чашечных весов — разновес
ГОСТ 24104-88, который описывает общие технические требования, предъявляемые к лабораторным весам, классифицирует их следующим образом:
В настоящее время такие весы, использующие принцип динамометра, применяются всё шире и шире.
Наборы гирь (разновесы) выпускают разных классов точности. Они подлежат обязательной сертификации и периодической проверке органами метрологического контроля.
Современная, наиболее распространённая система численного ряда для разновесов была предложена Д.И.Менделеевым. Она обеспечивает минимальное число операций наложения/снятия гирь на чашки весов при подборе навески.
Производители промышленных весов
§ 1 Понятие массы тела
На медицинских осмотрах часто измеряют массу нашего тела в магазинах фрукты, овощи, кондитерские изделия и многое другое перед продажей взвешивают. Речь сегодня пойдет о массе тела.
Вспомним, что предметы, окружающие нас, называются физическими телами, а то, из чего они состоят, называется веществом. Количество вещества в объекте характеризуется физической величиной – массой. Массой обладает любое тело: Солнце, Земля, предметы мебели и даже воздух. Обозначается масса буквой m. Как и любая другая физическая величина, масса имеет единицу измерения. В Международной системе единиц (СИ) масса измеряется в килограммах. В мире существует единственный международный эталон килограмма – это платиново-иридиевый цилиндр, высота которого равна его диаметру. Хранится он в Международном бюро мер и весов в Севре близ Парижа с 1889 года. Международный эталон килограмма практически не подвергается какому-либо перемещению или использованию. Однако у него имеются национальные копии. Две копии находятся в России – в главной палате мер и весов в г. Санкт-Петербург. Помимо того, что массу тел измеряют в килограммах, существуют еще и другие вспомогательные единицы измерения, такие как граммы, центнеры, тонны. Так, 1 килограмм равен 1000 граммам, 1 тонна равна 1000 килограммам, а 1 центнер равен 100 килограммам.
§ 2 Весы — прибор для измерения массы
Для определения массы тела используется измерительный прибор – весы. В лабораторных условиях применяются рычажные весы. Такие весы состоят из подставки, коромысла, двух чаш, стрелки-указателя и набор гирь и разновесов. Принцип работы на них прост: на одну чашу весов кладут взвешиваемое тело, массу которого нужно найти, на другую гири и разновесы из набора. После того, как стрелка-указатель прибора установилась у отметки на коромысле, суммируют массу гирь и разновесов. Эта величина и будет массой взвешиваемого тела.
§ 3 Из истории весов
Весы появились вместе с первыми государствами в Древнем Вавилоне и Египте более 6 тысяч лет назад, а классические весы в виде равноплечного коромысла с висящими чашами стали общепринятыми за 2 тыс. лет до н. э. На сегодняшний день в основном применяются электронные весы, которые могут измерять массу мельчайших тел. К примеру, в 2005 году были изобретены весы, способные определять массу молекулы ДНК. Весы-гиганты могут работать с железнодорожными вагонами и автомобилями массой до 80 тонн.
Связь массы и веса тела
Массой
тела называют
ФВ, являющуюся мерой его инерционных и
гравитационных свойств, т.е. масса тела
m
есть его физическое свойство, определяемое
соотношением между действующей на это
тело силой тяжести G
и сообщаемой ею телу ускорением: G
= mg
, H
Ускорение
силы тяжести = Ускорение
силы
притяжения +Цетростремительное
ускорение
Весом
тела называют силу P,
с которой это тело действует вследствие
тяготения к Земле на опору, удерживающую
тело от свободного падения.
Если
тело и опора неподвижны относительно
Земли, то вес тела равен его силе тяжести:
P
= G.
Масса
тела m
в отличие от его силы тяжести G
независима от места нахождения тела на
Земле или на другой планете
Эталон массы
Единицей
массы является международный прототип
килограмма, хранящийся в Международном
бюро мер и весов в Севре (предместье
Парижа).
Прототип
(МЭ №12) представляет собой прямой
круговой цилиндр из платины-иридия (90
% платины, 10 % иридия) высотой 39 мм и
диаметром 39 мм, масса которого с точностью
до 0,01 мг в течение более 1000 лет должна
оставаться неизменной. Масса утвержденных
для сравнения национальными прототипами
рабочих эталонов может быть определена
с точностью (1÷3)·10-9
Схема
передачи единицы массы
Классификация приборов и средств для измерения и дозирования массы
Гири
Гири
подразделяют на: гири эталонные; гири
общего назначения; гири специального
назначения.
Гири специального назначения
Весы
— прибор для измерения массы, путём
использования эффекта гравитационных
сил
Дозаторы
– технологические весы для определения
необходимых составных частей какого-либо
продукта в производственном процессе
По
назначению весоизмерительные и
весодозирующие устройства можно
разделить на группы:
В
зависимости от способа преобразования
измерительного сигнала весы и весовые
дозаторы разделяются на:
В
зависимости от назначения, конструкции,
способа установки
весы
и весовые дозаторы разделяются на:
Рычажные
весы состоят из :
—
грузоприемного устройства, на которое
помещают взвешиваемый груз;
—
рычажной системы, воспринимающей
нагрузку от грузоприемного устройства;
—
станины или основания (фундамента), на
которых смонтированы все устройства.
Помимо
этих основных частей весы могут содержать
ряд вспомогательных устройств:
–
арретир
— для прекращения колебаний,
–
изолир
— для освобождения призм от нагрузки,
–
отвес
или уровень — для контроля установки в
рабочее положение,
–
успокоитель
— для превращения периодических колебаний
в апериодические,
–
оптическое
устройство — для увеличения разрешительной
способности.
Рычаг
представляет собой твердое тело, к
которому приложены силы, стремящиеся
вращать это тело вокруг какой-либо оси
(точки опоры).
Существуют
рычаги 1 и 2 рода:
В
рычаге 1 рода силы приложены по обе
стороны от точки опоры и действуют в
одном направлении.
В
рычаге 2 рода силы приложены по одну
сторону от точки опоры и действуют в
противоположных направлениях.
Рычаги
характеризуются: Моментом
силы;
Передаточным
числом рычага(Обратная
величина — отношение плеч
)
Пружинные
весы состоят из :
Крутильные
– приложенная нагрузка уравновешивается
крутящим моментом упругой нити.
Торсионные
– нагрузка уравновешивается крутящим
моментом пружины (плоской спиральной).
Пружина
должна обладать свойствами:
—
характеристика пружины должна быть
линейна на всём диапазоне измерений;
—
жесткость, то есть отношение расстояния
к нагрузке, при изменениях температуры
оставаться постоянной;
—
гистерезис, то есть расхождение
возрастающей и убывающей ветвей
характеристики пружины, должен быть
мал;
—
в материале пружины не должны возникать
явления усталости.
По
назначению лабораторные весы делятся
на весы:
В
зависимости от способа установки весы
для статистического взвешивания
разделяются на:
По
типу отсчетного устройства, применяемого
для статистического взвешивания,
различают весы
:
Основная
МХ весов для статистического взвешивания
– поверочная цена деления — е
е
весов для статистического взвешивания
с аналоговыми отсчетными устройствами
принимается равной цене наименьшего
деления шкалы d
е
весов с дискретными отсчетными
устройствами может превышать значение
единицы дискретности отсчета d
в целое число раз r,
не превышающее 10
Установлено два
класса точности весов для статистического
взвешивания:
—
весы, обладающие количеством поверочных
цен делений более 500 е, относят к весовым
приборам среднего класса точности,
имеющим обозначение
—
весы, обладающие количеством поверочных
цен делений 500 е и менее, относят к
приборам обычного класса точности,
имеющим обозначение
