Цель работы: используя аналитические весы, произвести точное взвешивание

Скачать 124.44 Kb.

Название	Цель работы: используя аналитические весы, произвести точное взвешивание
Тип	Документы

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Документы

testent.ru стр. 13.06.2017

Аналитические весы

Цель работы: используя аналитические весы, произвести точное взвешивание.

Оборудование: аналитические весы АДК-200, набор тел.
Теоретическое введение
Рычажные весы представляют собой равноплечий или неравноплечий рычаг, свободно качающийся на опоре или подвесе. С помощью рычажных весов, используя эталонные грузы (разновес), производят измерение масс тел. Основным соотношением, которое позволяет найти неизвестную массу тела, является условие равенства нулю моментов сил, действующих на рычаг в положении равновесия. Если на одном плече рычага подвешен груз с неизвестной массой m , а на другом - уравновешивающий его эталонный груз массой m , то в положении равновесия:

(1)

где Р - вес тела, Р

- вес разновеса,

- архимедова сила, действующая на груз и разновес, находящиеся в воздухе,

, - длины плеч коромысла.

Уравнение (1) можно представить в виде:

где g - ускорение силы тяжести в месте, где производится взвешивание.

Отсюда:

(2)

Если рычаг весов равноплечий (), то выражение (2) упрощается:

где,

, или для веса тела:

(3)

Т.к. идеально равноплечие весы изготовить технически невозможно (остается, хотя и малое, различие в длине плеч, неодинаков вес в результате неустранимых неоднородностей металла и т .д. ), то равноплечность всегда вносит в результат взвешивания некоторую ошибку. Устранение этой ошибки при точном взвешивании достигается применением специальных способов взвешивания (см.ниже). Ошибка на потерю веса тела в воздухе устраняется введением поправки, величина которой может быть найдена вычислением.
Приведение результатов взвешивания к пустоте.

(Поправка на действие архимедовой силы). На тело, находящееся в воздушной среде, действует выталкивающая сила, величина которой определяется законом Архимеда.

Т.к. в большинстве случаев плотности вещества взвешиваемого тела и разновеса различны, то различны и их объемы и действующие на них архимедовы силы. Поэтому равновесие рычага весов наступает не при равенстве масс тела и разновеса, а при условии равенства разностей веса и архимедовой силы для тела и разновеса:

(4)

где Р -вес тела в пустоте, V-объем тела,

– вес разновеса в пустоте (указанный на гирьках),

— объем разновеса,

- плотность воздуха. Для объемов тела и разновеса можем написать:

где и m - соответственно плотность и масса тела,

- масса и плотность разновеса.

Подставив эти равенства в выражение (4), получим:

или

отсюда

(5)

Произведя деление, получим:

Здесь пользуемся соотношением

Т.к. величина отношений и всегда много меньше единицы, то члены второго и более высоких порядков можно отбросить.

Тогда:

(6)

величина

и есть поправка на действие архимедовой силы. Плотность воздуха при комнатной температуре примем

= 0.0012 г/см

Тогда масса тела, приведенная к пустоте:

(7)

Положим, мы взвешиваем 13 гр. кварца

с помощью равноплечих рычажных весов с латунным разновесом

13 гр. кварца вытесняют примерно 5 см, а 13 гр. латуни – около 1,5 см воздуха. Поэтому поправка на выталкивающую силу для кварцевого тела равна примерно 3.5 мг. Следовательно, без введения поправки, взвешивание на аналитических весах, дающих точность до 0.1 мг, не имело бы смысла.

Аналитические весы:

Аналитические весы служат для точного определения массы тел. В лабораториях распространены 2 типа весов: весы с рейтером (рис.1.1,а), которые уже не выпускаются промышленностью, но еще находятся в эксплуатации, и весы типа АДК-200 (рис.1.1,6) с накладными гирями и оптическим отсчетом. Основной частью весов является равноплечий рычаг 6 (рис.1.1), называемый коромыслом. В середине коромысла перпендикулярно к его плоскости укреплена агатовая призма. Ребром своим призма опирается на плоскую агатовую подушку, укрепленную на верху колонки 2. На равных расстояниях от средней призмы, у нижних концов рамы коромысла, расположены еще 2 призмы, на которые с помощью сережек 5 подвешены чашки 8. В середине нижней части коромысла укреплена стрелка 7, позволяющая отсчитать отклонения коромысла от положения равновесия по шкале, укрепленной в нижней части колонки весов. Весы монтируются на пластмассовом или стеклянном основании 1 и закрыты ящиком с подъемной стеклянной передней стенкой и стеклянными боковыми дверцами.

А) Б)

Рис.1.1

Для предохранения ребер агатовых призм от преждевременного изнашивания весы снабжены арретиром - приспособлением, позволяющим коромысла и чашки поднять немного вверх и вывести ребра призм из соприкосновения с соответствующими подушками. Для арртирования весов и освобождения призмы от давления служит рукоятка 10, помещенная под плитой весов. Арретирование производиться вращением этой рукоятки. Когда весами не пользуются, а также при смене нагрузок во время взвешивания, весы обязательно должны быть арретированы.

Разновес, который прилагается к аналитическим весам с рейтером состоит из набора гирь массой от 100 гр. до 10 мг. Для взвешивания с точностью большей, чем позволяет разновес, весы снабжаются рейтером – проволочной гирькой, которую удобно сажать верхом на одно из плеч коромысла весов. Каждое из плеч коромысла обычно разделено поверху на 10 частей. Рейтеры изготовляются весом 1 или 10 мг. Будучи повешен на 1 деление, рейтер создает действующий на коромысла момент, эквивалентный нагрузке 1 мг., положенный в чашку, если рейтер повешен на второе деление, то момент эквивалентен 2 мг. и т.д.

Навешивание и перемещение рейтера производят специальным подвижным стержнем 9, пропущенным через правую стенку ящика весов. Стержень оканчивается крючком, которым зацепляют уши рейтера.

Аналитические весы допускают взвешивание тел не больше определенного предельного веса. Эта предельная нагрузка либо указывается на самих весах или в их паспорте, либо может быть определена, как суммарный вес приложенного к весам разновеса.

Весы АДК-200-М для удобства работы снабжены демпфером 3 – устройством, увеличивающим затухания колебаний коромысла на столько, что движение стрелки становится апериодическим и она не колеблется около положения равновесия, а медленно приближается к нему и останавливается вблизи этого положения с той стороны, с которой к нему двигалась.

Рейтер в этих весах отсутствует. Весы снабжены встроенными в них миллиграммовыми гирями от 10 до 1210 мг, навешиваемыми на планку, укрепленную на серге правой чашки весов. Управление гирями производится с помощью вращающихся лимбов 2, расположенных справа на футляре весов, через рычаги 12. При вращении внутреннего лимба происходит накидывание или снятие десятков мг., при вращении внешнего лимба сотен мг . Стрелка весов 7 снабжена в своем нижнем конце шкалой с отсчетом от 0 до 10 мг. в обе стороны. Микрошкала с помощью оптического устройства проецируется на экран 13, расположенный перед колонкой весов. Включение подсветки оптического устройства ( вейтографа) производится одновременно с разарретированием весов рукояткой 10.

Установка весов

Для устранения вибрации весы устанавливаются на массивную плиту, лучше всего укрепленную с помощью кронштейнов на капитальной стене. С помощью установленных винтов 14 основание весов устанавливается горизонтально. Для проверки правильности установки на основании весов имеется круглый уровень.

При правильном положении весов стрелка коромысла должна указывать примерно на нулевое деление шкалы. Если положение нуля незагруженных весов отклоняется от нуля шкалы больше, чем на 2-3 деления, то можно положение нуля переместить ближе к нулевому делению шкалы. Для этого служат небольшие грузы на концах коромысла. Их вращение в ту или иную сторону позволяет корректировать положение нуля весов. Корректировку эту разрешается производить только преподавателю или лаборанту. В весах ВЛА-200-М установка нуля производится с помощью рукоятки 15.

Аналитические весы и разновес должны периодически проверяться инспектором палаты мер и весов. О результатах проверки делается запись в паспорте прибора.

Правила взвешивания:

Для того, чтобы не испортить весы и получить возможно более точные результаты взвешивания, необходимо:

1. Помещать взвешиваемое тело, а также производить загрузку разновеса только при арретированных весах.

2. Разновес брать из футляра и помещать на чашки пинцетом.

3. Тело и разновес помещать на чашки так, чтобы их центры тяжести по возможности совпадали с центрами чашек.

4. Тело класть на левую чашку, а разновес - на правую (работающий левой рукой разновес кладет на левую чашку).

5. Пока производится уравновешивание тела разновесом, полностью не разарретировать коромысло. Лишь после того, как достигнуто примерное равновесие масс разновеса и тела и коромысло колеблется, можно его освободить полностью. Если при этом оказалось, что массу разновеса еще надо изменить, следует весы вновь арретировать.

6. Останавливать качание чашек весов нужно очень осторожно, лучше всего листочком бумаги.

7. При наблюдении качания коромысла дверцы футляра весов надо держать закрытыми.

8. После окончания взвешивания весы обязательно надо арретировать, снять нагрузку и закрыть футляр.

Взвешивание на аналитических весах

Точное взвешивание на аналитических весах состоит из:

1. Определение нулевой точки весов.

2. Определение чувствительности весов (для весов с рейтером) .

3. Взвешивание.

Определение нулевой точки весов

Деление шкалы а, против которого остановилась бы стрелка незагруженных весов в отсутствие трения, называется нулевой точкой весов. Для исключения влияния трения (устранения явления застоя) положение нулевой точки определяется с помощью наблюдения качаний коромысла. Приведенное в качание коромысло совершает затухающие колебания. Если бы затухание отсутствовало, то положение нулевой точки можно было определить как среднее арифметическое из двух последовательных отклонений коромысла. Реальные колебания происходят с затуханием (с убывающей амплитудой). Поэтому, если скажем, мы начали наблюдать с отклонения а

стрелки коромысла вправо, то следующее отклонение а

будет немного меньше а

, отклонение вправо a

- меньше а

, но больше а

и т.д. Убывание амплитуды колебания происходит со временем не линейно, а по так называемому экспоненциальному закону.

Если мы будем для определения нулевой точки брать среднее отклонение а

и а

, то вычисленное положение будет сдвинуто относительно истинного в сторону начального отклонения, напротив, среднее из а

и а

- на такую же величину в сторону второго отклонения. Следовательно, если мы найдем среднее из этих двух средних, то оно будет лежать вблизи истинной нулевой точки:

Но такой же результат мы получим, если найдем среднее из а

и а

, а затем возьмем новое среднее из вычисленного и значения а

Следовательно, чтобы найти нулевую точку, мы должны взять два отсчета по шкале амплитуды колебаний стрелки в одну сторону и один в другую. Чтобы найти положение нулевой точки вернее, берут три отсчета (а

,а

и а

) в одну сторону и два отсчета (а

и а

)

в другую. И тогда положение нулевой точки находится как:

(8)

Если отсчет значений амплитуды ведут от края шкалы, все отсчеты берут с одним знаком. Если отсчеты ведут от нуля по шкале, то отсчеты в одну сторону считают положительными, а в другую - отрицательными. Части деления шкалы отсчитывают на глаз до десятых долей деления. Определение нулевой точки производят три - пять раз и берут среднее из найденных значений.

В весах с демпфированными колебаниями коромысла определение нулевой точки производят отсчетом по шкале после полной остановки весов. Делают не менее трех отсчетов (два при подходе стрелки к нулевому положению с одной стороны и один с другой). Перед каждым определением весы арретируют, а затем осторожно освобождают. Из трех отсчетов берут среднее арифметическое.

Определение чувствительности весов

Точность, с которой может быть проведено взвешивание на данных весах, определяется прежде всего их чувствительностью.

Чувствительностью весов называется величина отклонения стрелки, отнесенная к единице добавочного груза (к 1 мг.) В общем случае чувствительность весов находят по формуле:

(9)

где L - длина плеч коромысла, Q — вес коромысла со стрелкой,

-расстояние центра тяжести коромысла и стрелки от нижнего ребра средней призмы,

-угол между плечами коромысла и горизонталью, если плечи коромысла образуют между собой угол, и угол прогиба, если коромысло представляет собой прямолинейный рычаг, r - длина стрелки.

Как видно из (9), чувствительность весов зависит от нагрузки. Но если ребра всех трех призм в одной плоскости и прогиб плеч коромысла пренебрежимо мал, то чувствительность от нагрузки зависеть не будет. В этом случае:

(10)

Чувствительность аналитических весов можно в небольших пределах менять. Для этого служит грузик на стрелке. Перемещение его вверх или вниз по нарезке смещает соответственно центр тяжести коромысла со стрелкой, а следовательно, увеличивает чувствительность весов. Для определения чувствительности помещают рейтер на первое деление шкалы коромысла, что эквивалентно нагрузке в 1 мг. Находят, как и для ненагруженных весов, новое положение равновесия 1, которое, очевидно, не совпадает с нулевой точкой. Найдя величину смещения положения равновесия

тем самым определим чувствительность ненагруженных весов.

В весах с вейтографом чувствительность весов не определяется. Вместо этого при проверке весов механизм проверяется механиком или лаборантом в смысле неизменности цены деления шкалы (микрошкалы) в соответствии с инструкцией, содержащейся в описании весов. В исправных весах цена деления микрошкалы не должна отличатся от 0,1 мг более чем на 0,003 мг/дел. Поэтому студент, работающий на исправных весах, производит отсчет по микрошкале с точностью до 0,1 мг.

Взвешивание:

Помещают на левую чашку весов взвешиваемое тело, а правую загружают разновесом. Сначала уравновешивают тело граммовыми гирями, если вес тела не выражается целыми граммами, продолжают уравновешивать с помощью дециграммов и сантиграммов. Если не удается уравновесить тело с помощью сантиграммовых гирек, то, используя рейтер, догружают весы миллиграммами. Перемещая рейтер по шкале на коромысле, можно найти два таких его положения, в одном из которых вес разновеса и рейтера будет больше веса тела, а в другом - меньше. Положим, нами найдены два соседних положения рейтера (отличающихся друг от друга нагрузкой в 1 мг.), при которых положения равновесий

такие, что

,лежит правее нулевой точки весов, а

- левее.

Если груз находится на левой чашке, то нагрузка, соответствующая отклонению

, меньше веса тела, а нагрузка соответствующая отклонению

, превышает его вес.

Будем считать, что малое отклонение конца стрелки от нулевой точки пропорционально вызывающей это отклонение нагрузке. Величина

, по условию есть чувствительность нагруженных весов (т.к. положения

. соответствуют нагрузкам, отличающимся на 1 мг.). Вычислим добавочную нагрузку (доли миллиграмма), которая необходима, чтобы стрелка пришла в положение L . Если 1 мг. соответствует отклонение

, то Х мг. создадут отклонение:

Тогда вес разновеса, уравновешивающего вес тела

Р=Р+X

где Р- вес разновеса, соответствующий положению равновесия. После взвешивания вновь определяют положение нулевой точки весов. При вычислении величины Х пользуются средним арифметическим из положений нулевой точки до и после взвешивания.

В весах с накладными гирями и вейтографом, уравновешивание производится сначала разновесом с точностью до граммов, а затем накладными гирями до сотен и десятков миллиграмм и, наконец, отсчетом нулевого положения стрелки нагруженных весов до целых миллиграмм с десятыми их долями по микрошкале. В этом случае вес тела:

Р =Р +P +Р+ P

где Р- номинальный вес разновеса, P

- вес накладных гирь, отсчитанный по внешнему лимбу, Р - вес накладных гирь, отсчитанный по внутреннему

лимбу, P - отсчет по микрошкале.
Устранение ошибки за счет неравноплечности весов

Существует два метода учета ошибки взвешивания из-за неравноплечности весов: метод двойного взвешивания (метод Гаусса) и постоянной нагрузки (метод Менделеева).

Метод Гаусса:

При этом методе сначала тало помещают на левую чашку весов и взвешивают. Затем тело и разновес меняют местами и повторяют взвешивание. Вследствие неравенства плеч результат первого взвешивания Р

не будет совпадать с результатом P

второго. При взвешивании для веса тела Р и веса разновесок Р по теореме моментов справедливо равенство:

где

- длина левого плеча,

- длина правого плеча. После того, как тело и разновес поменяли местами:

Из этой пары равенств находим, что:

т.е. вес тела равен среднему геометрическому из произведения весов нагрузок при первом и втором взвешиваниях.

Метод Менделеева:

На правую чашку весов помещают гирю, равную по весу предельной нагрузке весов. Гирю точно уравновешивают тарой. После того, как добились положения равновесия, точно совпадающего с нулевой точкой весов, гирю снимают и на ее место помещают взвешиваемое тело. Естественно, весы при этом выходят из равновесия. Снова добиваются равновесия добавлением на чашку с телом необходимого для этого количества разновесок, добавленных к телу, чтобы уравновесить тару.

Этот метод удобен при многократных взвешиваниях малых грузов, так как, во-первых, требует для каждого груза лишь одно взвешивание, во-вторых, нагрузка, а следовательно, и чувствительность весов (или цена деления микрошкалы) при взвешивании не меняются.
Задание:

Произвести точное взвешивание методом двойного взвешивания с введением поправки на потерю веса в воздухе (тела для взвешивания получите у преподавателя одновременно с разновесом).
Контрольные вопросы

1. Что такое масса тела?

2. Что называется весом тела?

3. Почему можно утверждать, что при точном взвешивании на рычажных весах измеряется масса тела, а на пружинных - вес?

4. Изменяется ли результат взвешивания на рычажных весах при перемещении с полюса на экватор?

5. С какой точностью производится взвешивание на аналитических весах?

6. Почему нельзя судить о положении нулевой точки весов по положению конца стрелки после полного затухания колебаний коромысла?

	Техническое задание наименование и количество поставляемого товара № Весы лабораторные аналитические A&d gr-200 с комплектом для гидростатического взвешивания		Весы аналитические, серия me (пр-во Швейцария, со склада в Москве) ...
	Руководство по эксплуатации (паспорт) Весы применяются при торговых, учетных и технологических операциях на промышленных и торговых предприятиях. Весы предназначены для...		Альманах студенческих работ Аналитические работы по курсу «Теория... Аналитические работы по курсу «Теория и практика рекламных коммуникаций». Вып. 1 [Электронный ресурс] : альм студент работ / под...
	Инструкция по эксплуатации весы электронные крановые Настоящее руководство по эксплуатации распространяется на весы крановые ocs (далее – весы), предназначенные для статических измерений...		Электронные весы для взвешивания животных (скота) Специализированные платформенные весы для взвешивания животных, разработанные с учетом потребностей и специфики работы предприятий...
	Фольклор, устная народная словесность и детская литература Цель: выявить специфику «народных» жанров и их роль в детской литературе, развивать аналитические умения		Фольклор, устная народная словесность и детская литература Цель: выявить специфику «народных» жанров и их роль в детской литературе, развивать аналитические умения
	Как мне взвешивать моего ребенка, используя детские весы? Это очень просто. После установки люльки нажмите кнопку на весах и уложите на люльку вашего ребенка. Измерение веса будет выполнено...		1. Цель и задачи работы Цель работы – изучение конкурентных практических умений и навыков безопасной работы с торговым оборудованием, законодательными и...
	1. цель работы изучить характеристики ключевых схем на дополняющих... Изучить характеристики ключевых схем на дополняющих моп-транзисторах (кмоп) и базовых схем логических элементов кмоп, используя возможности...		Общий вид и габаритные размеры. Весы торговые электронные ds-708 (далее весы) предназначены для статического взвешивания товара c учетом веса тары, на предприятиях...
	Общий вид и габаритные размеры. Весы торговые электронные ds-700 (далее весы) предназначены для статического взвешивания и одновременного вычисления стоимости взвешиваемого...		Руководство по эксплуатации весы Весы настольные вр-05мс предназначены для взвешивания и фасовки продуктов на предприятиях торговли, общественного питания и также...
	Руководство по эксплуатации весы Весы настольные вр-05мс предназначены для взвешивания и фасовки продуктов на предприятиях торговли, общественного питания и также...		Инструкция по эксплуатации назначение изделия Весы торговые мп 60 мгж(Д)А-02/he (Ярмарка) предназначены для взвешивания и фасовки продуктов на предприятиях торговли и общественного...

Цель работы: используя аналитические весы, произвести точное взвешивание

Похожие: