Среди многочисленных методов исследований особое место занимает весовой метод благодаря своей относительной простоте, высокой достоверности и универсальности. Практически каждое физико-химическое исследование начинается взвешиванием. Несмотря на применение все новых и новых приборов, весы по-прежнему остаются одним из важнейших инструментов исследовательских лабораторий. И также актуально звучит известное высказывание Д.И. Менделеева: "От усовершенствования взвешивания должно ждать еще много новых успехов ..."
В настоящее время производители весоизмерительной продукции предлагают огромное количество различных весов. Выбор типа весов для конкретных исследований, работа на них невозможны без понимания принципов функционирования весов, причинных связей между конструктивными параметрами и метрологическими характеристиками. Поэтому считаю нелишним напомнить об основных принципах, положенных в основу действия весов различных типов.
Измерение массы основано на использовании гравитационного взаимодействия тела, массу которого мы хотим определить, с массой Земли. Все весы можно разделить на четыре группы по способу уравновешивания гравитационной силы:
- гравитационное уравновешивание,
- автоматическое уравновешивание,
- инерционное уравновешивание,
- силовая компенсация.
Наибольшее распространение получили весы с гравитационным уравновешиванием и с автоматическим уравновешиванием. К первым из них относятся широко распространенные коромысловые (часто их называют также рычажными) весы. Разновидностями коромысловых весов являются двухпризменные и квадрантные весы. Конструкции коромысловых весов достигли большого совершенства. Весы этого типа обладают высокой точностью, надежностью, простотой обслуживания, сравнительно невысокой стоимостью и достаточно широко используются в лабораториях предприятий и организаций различных отраслей народного хозяйства. К недостаткам этих весов можно отнести их низкое быстродействие.
Широкое распространение имеют весы с автоматическим уравновешиванием, в которых осуществляется электрическое преобразование усилия. Весы этого типа не имеют традиционного рычага, т.е. коромысла или квадранта, и называются "электронными весами". Это объясняется использованием электронных компонентов для преобразования значения измеряемой массы в электрические величины (ток, напряжение), удобные для согласования с другими измерительными, вычислительными и управляющими системами. В настоящее время сформировались три направления построения электронных весов:
1) с магнитоэлектрическим обратным преобразователем (компенсатором) усилия
2) на основе тензометрических датчиков
3) датчик Tuning-Fork
Современные электронные весы, использующие цифровое представление измеренных значений массы, характеризуются высокой степенью автоматизации процессов измерения и существенным расширением функциональных возможностей весов. Выполнение этих функций обеспечивается встроенным специально разработанным микропроцессорным устройством обработки информации. В числе решаемых функций можно назвать цифровую индикацию результатов взвешивания, полуавтоматическую калибровку, запоминание значения массы тары, выборку массы тары во всем диапазоне взвешивания, рецептурное взвешивание, взвешивание в процентах, подсчет количества деталей(штук), взвешивание с функцией усреднения (взвешивание животных), сопряжение весов с внешними устройствами с помощью интерфейса RS-232С. Следует отметить, что перечень решаемых функций постоянно пополняется.
Требования к характеристикам весов определяются нормативными документами, в частности, государственными стандартами и рекомендациями Международной Организации Законодательной метрологии (МОЗМ). Согласно ныне действующему государственному стандарту лабораторные весы подразделяются по назначению на образцовые и общего назначения. Образцовые весы предназначены для поверки гирь. Проводить на этих весах другие виды взвешивания запрещается. Весы общего назначения используются для взвешивания.
Согласно действующему стандарту ГОСТ 24104-2001 лабораторные весы общего назначения подразделяются на 3 класса точности.
- специальный ( I )
- высокий ( II )
- средний ( III )
В повседневной практике лабораторные весы подразделяют по назначению на аналитические, технические и специальные.
Аналитические весы применяют для проведения научных исследований, в т.ч. для микрохимических анализов и взвешиваний высшей и высокой точности. В зависимости от значений наибольшего предела взвешивания (НПВ) и цены деления в аналитической группе выделяют:
- весы аналитические НПВ более 80 г, цена деления не более 0,1 мг,
- весы макроаналитические НПВ более 200 г, цена деления не более 0,1 мг,
- весы микроаналитические НПВ до 20 г, цена деления не более 0,01 мг,
- весы ультрамикроаналитические НПВ не более 1 г, цена деления от 1 до 0,01 мкг.
Аналогичная классификация часто встречается в зарубежных технических документах и рекламных материалах.
Технические весы применяются для взвешиваний средней точности. Наиболее распространенные весы имеют наибольший предел взвешивания 0,2-62 кг с ценой деления 0,001 г - 0,1 г.
Отдельную группу весов составляют специальные весы, предназначенные для определения величин, зависящих от массы, и используемых для выполнения одной строго регламентированной операции. К подобным весам относятся, например, весовые влагомеры, их часто называют анализаторами влажности, разбраковочные весы, пурки, т.е. специальные лабораторные весы для определения натуры зерна и др. Примеры можно продолжать очень долго.
Основными характеристиками, которые необходимо знать для правильного выбора и эксплуатации весов, являются их метрологические и эксплутационные характеристики. Важнейшими метрологическими характеристиками весов являются: наименьший и наибольший пределы взвешивания, цена деления или дискретность цифрового отсчета, погрешность измерений, стабильность показаний во времени. Требования к характеристикам весов определяются нормативными документами, в частности, государственными стандартами и рекомендациями Международной Организации Законодательной Метрологии (МОЗМ).
Говоря о весах нельзя не сказать о гирях, являющихся, неотъемлемой частью средств измерения массы. Гиря это однозначная мера, воспроизводящая единицу массы, кратное или дольное ее значение. За единицу массы в системе единиц СИ принят килограмм, представленный массой международного платиноиридиевого прототипа килограмма. За величину килограмма Международным Бюро мер и Весов в Париже в 1875 году был принят эталон масса 1,000028 кубического дециметра воды при 4 градусах по Цельсию.
В 1889 году Россия получила два экземпляра Международного прототипа килограмма № 12 и № 26 с подробным их описанием. Эти прототипы подвергаются Международным сличениям с прототипом № 1 в Париже раз в 7-10 лет. Хранятся эти два прототипа у нас в Санкт-Петербурге во ВНИИМе им. Д.И. Менделеева.
Метрическая система единиц была введена в России Постановлением Совнаркома в 1918 году. До этого времени за единицу меры массы принимался 1 фунт, его значение всегда определялось как 0,40951241 килограмма.
Согласно действующему государственному стандарту ГОСТ 7328-2001 в зависимости от значений допускаемых отклонений массы гири подразделяются на гири общего назначения (7 классов) и образцовые (5 разрядов).
Гири общего назначения (иногда их называют рабочие гири) применяют при взвешиваниях, проводимых в ходе различных анализов, взвешиваниях драгоценных камней и металлов, торговых и хозяйственных взвешиваниях в случаях, если взвешивание осуществляется на рычажных весах.
Образцовые гири предназначены для поверки лабораторных весов и гирь.
При взвешивании на квадрантных или электронных весах оператор обходится в работе без гирь, так как компенсация груза на грузоприемной площадке осуществляется встроенными в весы механическими гирями или электронной гирей на полную нагрузку.
