ВЕСЫ

ВЕСЫ

       

прибор для определения массы тел по действующей на них силе тяжести. В. иногда наз. также приборы для измерений др. физ. величин, преобразуемых с этой целью в силу или в момент силы. К таким приборам относятся, напр., токовые весы и крутильные весы. В научных исследованиях применяют аналитич., микроаналитич., пробирные и др. типы точных В. Последовательность действий при определении массы тел на В. рассмотрена в (см. ВЗВЕШИВАНИЕ).

В зависимости от назначения В. делятся на образцовые (для поверки гирь), лабораторные (в т. ч. аналитические) и общего назначения. По принципу действия В. подразделяются на рычажные, пружинные, крутильные, электротензометрич., гидростатич., гидравлические.

Наиболее распространены рычажные В., их действие основано на законе равновесия рычага. Точка опоры рычага («коромысла» В.) может находиться посередине (равноплечные В.) или быть смещённой относительно середины (неравноплечные и одноплечные В.). Многие рычажные В. представляют собой комбинацию рычагов 1-го и 2-го родов. Опорами рычагов служат обычно призмы и подушки из спец. сталей или тв. камня (агат, корунд). На равноплечных рычажных В. взвешиваемое тело уравновешивается гирями, а нек-рое 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 первонач. положения (рис. 1). Нагрузка, компенсируемая смещением центра тяжести коромысла, измеряется при помощи отсчётной шкалы. Цена деления s шкалы рычажных В. определяется ф-лой: s= k(P0c/lg), где Р0 — вес коромысла со стрелкой, с — расстояние между центром тяжести коромысла и осью его вращения, l — длина плеча коромысла, g — ускорение свободного падения, k — коэфф., зависящий только от разрешающей способности отсчётного устройства. Цену деления, а следовательно и чувствительность В., можно в определённых пределах изменять (обычно за счёт перемещения спец. грузика, изменяющего расстояние с).

В ряде рычажных лаб. В. часть измеряемой нагрузки компенсируется силой эл.-магн. вз-ствия — втягиванием железного сердечника, соединённого с плечом коромысла, в неподвижный соленоид. Ток в соленоиде регулируется электронным устройством, приводящим В. к равновесию. Измеряя ток, определяют пропорциональную ему нагрузку В.

Рис. 1. Схема равноплечных рычажных весов: О — точка опоры коромысла А В; С и Р0 — центр тяжести и вес коромысла со стрелкой; ОС=с — расстояние между точкой опоры и центром тяжести коромысла; Р — вес тела; р — перегрузок, уравновешиваемый смещением центра тяжести коромысла; r — длина стрелки; h — отклонение стрелки.

Рис. 2. Равноплечные двухчашечные микро-аналитич. весы (предельная нагрузка 20 г): 1 — коромысло; 2 — возд. успокоители; 3 — механизмы наложения встроенных гирь (от 1 до 999 мг); 4 — проекц. шкала отсчёта; 5 — манипулятор, выдвигающий чашку весов в окошко; 6 — перегородка, защищающая коромысло от температурных влияний и возд. потоков; 7 — встроенные гири, имеющие форму колец.

В лаб. практике всё шире применяются В. (в особенности аналитические) со встроенными гирями на часть нагрузки или на полную нагрузку (рис. 2). Принцип действия таких В. был предложен Д. И. Менделеевым. Гири спец. формы подвешиваются к плечу, на к-ром находится чашка для нагрузки (одноплечные В.), или (реже) на противоположное плечо. В одно-плечных В. (рис. 3) полностью исключается погрешность из-за неравноплечности коромысла.

Совр. лабораторные В. (аналитические и др.) снабжаются рядом устройств для повышения точности и скорости взвешивания: успокоителями колебаний коромысла (воздушными или магнитными); дверцами, при открытии к-рых почти не возникает потоков воздуха; тепловыми экранами; механизмами наложения и снятия встроенных гирь; автоматически действующими механизмами для подбора встроенных гирь при уравновешивании В.

Рис. 3. Схема одноплечных аналитич. весов: 1 — коромысло; 2 — встроенные гири; а — грузоприёмная чашка; 4 — противовес и успокоитель; 5 — источник света; 6 — проекц. шкала; 7 — объектив; 8 — устройство для коррекции нуля: 9 — экран.

Применяются проекц. шкалы, позволяющие повысить точность отсчёта по шкале при малых углах отклонения коромысла. Про принципу рычажных В. устроено большинство типов метрологич., образцовых, аналитич., техн., торговых, медицинских и др. В.

В основу действия пружинных и электротензометрич. В. положен Гука закон. Чувствит. элементом в пружинных В. явл. пружина, деформирующаяся под действием веса тела. Показания В. отсчитывают по шкале, вдоль к-рой перемещается соединённый с пружиной указатель. Принимается, что после снятия нагрузки указатель возвращается в нулевое положение, т. е. 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 ед. массы. Вследствие зависимости ускорения свободного падения от географич. широты и высоты над ур. м., показания пружинных В. зависят от места их нахождения. Кроме того, упругие св-ва пружины зависят от темп-ры и меняются со временем; всё это снижает точность пружинных В.

В крутильных (торсионных) В. чувствит. элементом служит упругая нить или спиральные пружины (рис. 4). Нагрузка определяется по углу закручивания нити (пружины), к-рый пропорционален создаваемому нагрузкой крутильному моменту.

Действие электротензометрических В. основано на преобразовании деформации упругих

Рис. 4. Схема крутильных (торсионных) весов: 1 — спиральные пружины; 2 — рычаг для помещения нагрузки; 3 — магн. успокоитель; 4 — стрелка; 5 — шкала.

элементов (столбиков, пластин, колец), воспринимающих силовое воздействие нагрузки, в изменение электрич. сопротивления. Преобразователями служат высокочувствительные проволочные тензометры, приклеенные к упругим элементам (см. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ). Как правило, электротензометрич. В. применяются для взвешивания больших масс. !

Гидростатические В. служат гл. обр. для определения плотности тв. тел и жидкостей (см. ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ВЗВЕШИВАНИЕ).

Гидравлические В. по устройству аналогичны гидравлич. прессу. Отсчёт показаний производится по манометру, градуированному в ед. массы.

Все типы В. характеризуются: предельной нагрузкой — наибольшей статич. нагрузкой, к-рую могут выдерживать В. без нарушения их метрологич. хар-к; ценой деления — значением массы, соответствующим изменению показания на одно деление шкалы; пределом допускаемой погрешности взвешивания — наибольшей допускаемой разностью между результатом одного взвешивания и действит. массой взвешиваемого тела; допускаемой вариацией показаний — наибольшей допускаемой разностью показаний В. при неоднократном взвешивании одного и того же тела.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.