Точное взвешивание и весы».
Меры массы.
Единицей массы является международный прототип килограмма, хранящийся в Международном бюро мер и весов в Севре (предместье Парижа). Прототип представляет собой круговой цилиндр платино – иридия (90 % Р1, 10 % Ir) высотой 39 мм диаметром 30 мм, масса которого с точностью до 0,01 мг в течении более 1000 лет должна оставаться неизменной. Масса рабочих эталонов, утвержденных для сравнения с национальными прототипами, должна быть определена с относительной погрешностью(от 1 до 3) * 10 - 9. По национальному прототипу массы создаются сначала вторичные эталоны, а затем эталоны-копии и рабочие эталоны, используемые органами метрологической службы и госповерителями для поверок, находящихся в обращении, подлежащих обязательной проверке гирь и весов.
Взаимоподчиненность эталонов приведена в таблице 1.
Классификация эталонов весовых мер.
Таблица 1.
| № | ЭТАЛОН | МЕСТО ХРАНЕНИЯ | СРОК СЛИЧЕНИЯ ПО ЭТАЛОНУ СЛЕДУЮЩЕГО, БОЛЕЕ ВЫСОКОГО КЛАССА | |
| 1. | Международный прототип или его контрольный эталон-копия. | Международное бюро мер и весов. | ------------ | |
| 2. | Государственный эталон. | Государственный (национальный) институт метрологии. | По потребности. | |
| 3. | Рабочий эталон. | Там же. | По потребности. | |
| 4. | Сравнительный эталон. | Отделение государственного института или дирекция поверочных ведомств. | 10 лет. | |
| 5. | Контрольный эталон. | Там же и у поверителя. | 5 лет. | |
| 6. | Образцовые гири. | Отделение государственного института, станции поверки и поверителя. | 1 год. |
Рабочие эталоны не должны отклоняться от своего номинального значения более чем на 0,4 предельно допустимой погрешности калибровки поверяемых ими гирь.
Допустимая погрешность контрольных эталонов равна 0,25 допустимой погрешности рабочих эталонов. Значение погрешности эталона-копии должно быть известно и учитываться при его применении. Соответственно с этим в Европейском экономическом сообществе (ЕЭС) введена система, предусматривающая пять классов точности для гирь. Класс F2 соответствует требованиям, предъявляемым к гирям прецизионных весов, а класс Е2 – к гирям лабораторных весов (аналитические гири).
Допустимые пределы погрешностей гирь высшей точности согласно стандарту ЕЭС и предписаниям международной организации законодательной метрологии (МОЗМ).
Таблица 2.
| Номинальное значение массы | погрешности (+ - мг) по классам | |||||
| 1 меткие гири | 2 образцовые гири | 3 торговые гири | ||||
| Е 1 | Е 2 | F 1(1) | F (2) | М 1 (2) | М 3 (3) | |
| 50 кг | ||||||
| 20 кг | ||||||
| 10 кг | ||||||
| 5 кг | 2,5 | 7,5 | ||||
| 2 к | 1,0 | 3,0 | ||||
| 1 кг | 0,5 | 1,5 | ||||
| 500 г | 0,25 | 0,75 | 2,5 | 7,5 | ||
| 200 г | 0,1 | 0,3 | 1,0 | 3,0 | ||
| 100 г | 0,05 | 0,15 | 0,5 | 1,5 | 5,0 | |
| 50 г | 0,03 | 0,1 | 0,3 | 1,0 | 3,0 | |
| 20 г | 0,025 | 0,080 | 0,25 | 0,8 | 2,5 | |
| 10 г | 0,020 | 0,060 | 0,20 | 0,6 | 2,0 | |
| 5 г | 0,015 | 0,050 | 0,15 | 0,5 | 1,5 | |
| 2 г | 0,012 | 0,040 | 0,12 | 0,4 | 1,2 | |
| 1 г | 0,010 | 0,030 | 0,10 | 0,3 | 1,0 | |
| 500 мг | 0,008 | 0,026 | 0,08 | 0,25 | 0,8 | --- |
| 100 мг | 0,005 | 0,015 | 0,05 | 0,20 | 0,6 | --- |
| 50 мг | 0,004 | 0,012 | 0,04 | 0,12 | 0,4 | --- |
| 20 мг | 0,003 | 0,010 | 0,03 | 0,10 | 0,3 | --- |
| 10 мг | 0,002 | 0,008 | 0,025 | 0,08 | 0,25 | --- |
| 5 мг | 0,002 | 0,006 | 0,020 | 0,06 | 0,20 | --- |
| 1 мг | 0,002 | 0,006 | 0,020 | 0,06 | 0,20 | --- |
Для применяемых при торговых операциях гирь общего назначения допускается более широкие диапазоны погрешностей, причем в соответствии с международными соглашениями эти гири должны изготавливаться только с плюсовыми отклонениями масс, т. к. при практическом применении гири изнашиваются.
Таблица 3.
Пределы погрешностей, материалы и форма торговых гирь согласно стандарту ЕЭС и предписаниям МОЗМ.
| Номиналь ные значения | Пределы погрешностей, мг | Конфигура ция | Материалы | |
| при первичной калиб ровке | при последующих поверках | |||
| 1 г | + 5 | ± 5 | от 1 г до 10 кг. Форма – цилиндр с обжатой головкой | Любой материал с плотностью от 71 до 9,5 г/см^3 и твердостью не меньше латунного литья при прочности на истирание и коррозийной стойкости как у серого чугуна, и состоянии поверхности, сопоставимом с точным чугунным литьем. Серый чугун не допускается для изготовления гирь, масса которых не менее 100 г. |
| - 0 | ||||
| 2 г | + 5 | ± 5 | ||
| - 0 | ||||
| 5 г | + 10 | ± 10 | ||
| - 0 | ||||
| 10 г | + 20 | ± 20 | ||
| - 0 | ||||
| 20 г | + 20 | ± 20 | ||
| - 0 | ||||
| 50 г | + 30 | ± 30 | ||
| - 0 | ||||
| 100 г | + 50 | ± 50 | ||
| - 0 | ||||
| 1 кг | + 200 | ± 200 | ||
| - 0 | ||||
| 2 кг | + 400 | ± 400 | ||
| - 0 | ||||
| 5 кг | + 800 | ± 800 | ||
| - 0 | ||||
| 10 кг | + 160 | ± 1600 | от 5 до 10 кг. Форма – прямоуголь ный параллелепипед с утонченной прочной ручкой(блочная гиря) | Серый чугун: Модель 1 – бесшовная стальная труба. Модель 2 - литая |
| - 0 | ||||
| 20 кг | + 3200 | ± 3200 | ||
| - 0 | ||||
| 50 кг | + 8000 | ± 8000 | ||
| - 0 |
Так как пружинные весы являются прибором для измерения силы, то их градуировка правильна лишь для места ее проведения, поскольку ускорения свободного падения (g) зависит от географической широты и высоты над уровнем моря. Для средних широт принято считать g = 9,80665 м/с2. Основное уравнение пружинных весов можно записать в виде:
kx = mg,
где k – жесткость пружины. Величина g для средних широт меняется во втором знаке после запятой. Например, в Германии приняты средние значения g:
Южная Бавария – 9,8071
Баден – Вртемберг – 9,8083
Рейн – Вестфалия
Северный Рейн – Вестфалия – 9,8114
Нижняя Саксония, Берлин, Гамбург, Бремен – 9,8114, Шлезвиг – Гольштейн – 9,8140.
Считается, что пружинные весы, откалиброванные в любом пункте указанных областей, будут иметь погрешность не выше 0,2 % при их использовании в любых других пунктах той же области.
Взвешивание.
Взвешиванием называют сравнение массы данного тела с массой гирь, масса которых известна и выражена в определенных единицах (мг, г, кг).
Весы – прибор для определения массы тел по действующей на них силе тяжести. Простейшие весы в виде равноплечего коромысла с подвешенными чашками широко применялись при меновой торговле в Древнем Вавилоне (2,5 тысяч лет до н. э.) и Египте (2 тысячи лет до н. э.). Несколько позднее появились неравноплечие весы с передвижной гирей(безмен) и уже в 4 веке до н. э. Аристотель дал теорию таких весов, т. е. правило моментов сил.
В настоящее время в быту и на производстве применяются весы различных типов(см. табл. 4) (рис. 1).
Таблица 4.
| Тип весов | Предельная нагрузка | Погрешность взвешивания при предельной нагрузке |
| 1. Метрологические | 1 кг | 0,005 мг |
| 2. Образцовые(1 и 2 разрядов) | 20 кг – 1 кг 200 г – 2 г | 20 мг – 0,5 мг 1,0 мг – 0,01 мг |
| 3. Образцовые з-го разряда и технические 1-го разряда | 20 кг – 10 кг 200 г – 2 г | 100 мг – 20 мг 10 мг – 0,4 мг |
| 4. Аналитические, полумикроаналитичес кие, микроаналитические, пробирные | 200 г 100 г 20 г 2 г 1 г | 10 мг – 0,4 мг 40 мг – 0,4 мг 0,1 – 0,01 мг 0,02 мг – 0,004 мг 0,01 мг – 0,004 мг |
| 5. Медицинские | 150 кг | 50 г |
| 6. Бытовые | 30 кг – 2 кг | 60 г – 5 г |
| 7. Автомобильные | 50 т – 10 т | 50 кг – 10 кг |
| 8. Вагонные | 150 т – 50 т | 150 кг – 50 кг |
| 9. Крутильные | 1 г – 2 мг 5 мг – 0,5 мг | 1,0 мг – 0,05 мг 0,01 мг – 0,001 мг |
Первые четыре типа весов обеспечивают указанную погрешность при применении методов точного взвешивания.
Все типы весов характеризуются:
1. Предельной нагрузкой(грузоподъемностью) – наибольшей статической нагрузкой, которую могут выдержать весы без нарушения их метрологических характеристик.
2. Ценой деления(чувствительностью) – 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 весов при неоднократном взвешивании одного и того же тела.
В зависимости от характера проводимой работы применяют лабораторные весы:
– для грубого взвешивания( с точностью взвешивания до грамма)
– для точного взвешивания или технико-химические(точность до 10 мг)
– аналитические(точность до 0,1 – 0,2 мг)
– специальные(приборные, торсионные, крутильные, квадрантные, ультрамикрохимические и т. п. ).
– В лабораторной практике чаще всего применяют весы первых трех видов. Большинство весов имеют отдельный разновес, т. е. набор разных гирь в коробках с пинцетами.
Таблица 5.
Допустимые погрешности для гирь(миллиграммы) (старый ГОСТ)
| Масса гирь | Образцовые гири первого разряда | Аналитические гири | Технические гири первого класса | ||
| Граммы | допустимая погрешность | погрешность определения | допустимая погрешность | погрешность определенная | |
| + 5 | 1,0 | --- | --- | + 10 | |
| + 2 | 0,2 | --- | --- | + 4 | |
| + 5 | 0,2 | + 1 | 0,3 | + 3 | |
| + 1 | 0,2 | + 1 | 0,2 | + 3 | |
| + 1 | 0,1 | + 1 | 0,2 | + 2 | |
| + 0,5 | 0,1 | + 0,6 | 0,2 | + 2 | |
| + 0,5 | 0,1 | + 0,6 | 0,1 | + 2 | |
| + 0,5 | 0,05 | + 0,6 | 0,1 | + 1 | |
| + 0,5 | 0,05 | + 0,6 | 0,1 | + 1 | |
| Миллиграммы | |||||
| ± 0,4 | 0,02 | ± 0,3 | 0,05 | ± 0,5 | |
| ± 0,4 | 0,02 | ± 0,3 | 0,05 | ± 0,5 | |
| ± 0,5 | 0,02 | ± 0,3 | 0,05 | ± 0,5 | |
| ± 0,4 | 0,02 | ± 0,3 | 0,05 | ± 0,5 | |
| ± 0,2 | 0,02 | ± 0,2 | 0,3 | ± 0,5 | |
| ± 0,2 | 0,01 | ± 0,2 | 0,3 | ± 0,5 | |
| ± 0,1 | 0,01 | ± 0,1 | 0,2 | ± 0,5 | |
| ± 0,1 | 0,01 | ± 0,1 | 0,2 | ± 0,2 | |
| ± 0,1 | 0,01 | ± 0,1 | 0,2 | ± 0,1 |
Разновес к точным весам – точный, поэтому до его гирек дотрагиваться руками нельзя. Их берут из коробки разновеса только пинцетом с пластмассовыми наконечниками. Эти наконечники предупреждают соприкосновение металлического пинцета с гирьками. Это необходимо для того, чтобы не царапать гирьки.
Технические весы обычно имеют грузоподъемность от 200 г до нескольких килограммов. Основными элементами конструкции таких весов являются:
– колонка
– коромысло
– балансировочные гайки(регуляторы)
– серьги
– отвес
– чашки
– стрелка
– шкала
– арретирное устройство
– установочные ножки – винты.