Измерение массы

В практике измерения массы применяют чрезвычайно разнообразные приборы и устройства, различные по назначению, области применения, режиму и принципу работы. Число конструктивных модификаций и исполнений исчисляется сотнями, В связи с этим создание единой классификационной схемы в данной области измерений является чрезвычайно сложной задачей.

Определение необходимых разновидностей приборов и устройств для измерения и дозирования массы, количества типов и типоразмеров, создание типовых стандартизированных моделей на базе комплекса технических параметров, положенных в основу разработки технических требований к этим моделям, - всё это должно базироваться на схеме классификации, устанавливающей основные эксплуатационные и конструктивные признаки. Эти признаки позволяют охарактеризовать прибор на любой степени классификации (группа, вид, тип, модель, модификация), определить его место в общем комплексе приборов и устройств для измерения и дозирования массы.

В 1953 г., учитывая острую нужду в классификаторе, был разработан ГОСТ 793-53 «Весы. Классы. Нормы точности», распространявшейся в основном на весы общего назначения и лабораторные. Стандарт не охватывал обширной номенклатуры весоизмерительных приборов технологического назначения: автоматических порционных весов для суммарного учёта, дозирования, фасовки, весов металлургической промышленности, крановых и др.

В настоящее время разработана общая классификация приборов и устройств для измерения и дозирования массы; конечной целью классификации является установление рациональных видов и типов и числовых значений (рядов) параметров применительно к требованиям современной техники измерения массы.

17.2.5 Аналитические весы /31/

По конструктивным признакам аналитические весы делятся на двух - чашечные с равноплечим трех - призменным коромыслом и одночашечные с двух - призменным коромыслом. По точности весы разделяются на весы класса 1, применяемые при микрохимических и химических анализах высшей точности, и весы класса 2,служащие для взвешиваний при химических анализах обычной точности.

При взвешиваниях на аналитических весах применяют гири классов 1 и 2 общего назначения по ГОСТ 7328 — 01, гири-рейтеры классов 1 и 2 и встроенные гири.

В бывшем СССР выпускались аналитические весы с наибольшим пределом взвешивания до 20 г микроаналитическими, а до 1 г — пробирными, так как первые применяют при микроанализах, а вторые при определении пробы золота.

За рубежом отдельные фирмы, помимо весов с указанными пределами измерений, выпускают весы с наибольшим пределом взвешивания 30; 50; 80; 160; 500; 1000 г и более. Простейшие двух - чашечные аналитические весы показаны на рисунке 17.2.18. Равноплечее коромысло 6 своей опорной призмой, опирается на подушку, укрепленную на колонке 8. К грузоприемным призмам, прикрепленным к коромыслу, подвешены серьги 7 с чашками 12. Для отсчета колебаний служит стрелка 10, заостренный (ножеобразный) конец которой передвигается параллельно шкале 11. Колонка укреплена на опорной доске из дерева, стекла, металла или полимерных материалов с винтовыми ножками 13 для установки весов по отвесу. Для остановки колебаний весов, а также для изолирования призм от подушек при нерабочем состоянии весов служит изолир, ручка 14 которого расположена перед витриной 5 весов, защищающей их от пыли, влаги, потоков воздуха и нагревания.

Рисунок 17.2.18 - Простейшие аналитические весы

На верхней части коромысла или на планке, прикрепленной к коромыслу, нанесена реперная шкала 2.

Рейтер навешивается на коромысло с помощью устройства, состоящего из крючка 1, укрепленного на подвижной штанге с ручкой 4, выведенной на боковую сторону витрины. В целях ускорения процесса взвешивания двух - чашечные весы (рисунок 17.2.19) снабжаются устройством 2 для механического наложения миллиграммовых гирь и воздушными успокоителями 3, а для уточнения и облегчения отсчета показаний - оптическим устройством 4, осветительная система которого, питается от понижающего трансформатора 1 напряжением 220/6 или 127/6 В.

Рисунок 17.2.19 - Аналитические весы с успокоителями

Схема устройства для наложения гирь показана на рисунке 17.2.20. Здесь миллиграммовые гири 3, в форме колец можно надевать и снимать с планки, укрепленной на правой серьге весов, с помощью рычагов 2. Рычагами управляют с помощью двух лимбов 4 и 5, расположенных с правой стороны витрины. При вращении малого лимба 5 происходит накладывание или снятие десятков миллиграммов, а при вращении большого лимба 4 сотен миллиграммов.

Рисунок 17.2.20 - Схема механизма дляналожения встроенных миллиграммовых гирь

Отсчет выполняют по неподвижному указателю 1. В случае, показанном на рисунке 17.2.20, на планку помещено 580 мг.

Отдельные зарубежные фирмы выпускают аналитические весы с равноплечим коромыслом, к одному плечу которого подвешена чашка, а к другому — комплект граммовых и миллиграммовых гирь, уравновешивающий полную нагрузку на чашке. Такая конструкция большого распространения не получила, так как при взвешивании необходимо учитывать ошибку из-за неравноплечести.

В связи с этим в настоящее время двух - чашечные весы с равноплечим трехпризменным коромыслом вытесняются одно - чашечными весами с двух - призменным коромыслом, на которых взвешивание выполняют на одном плече, и, таким образом, ошибка из-за неравноплечести автоматически устраняется. Современные аналитические одночашечные весы швейцарской фирмы «Меттлер» показаны на рисунке 17.21 а, их принципиальная схема — на рисунке 17.2.21 в. В этих весах коромысло 6 опорной призмой 11 опирается на подушку 12, укрепленную в стойке 13. К грузоприемной призме 2 с помощью серьги 3 подвешена планка с набором гирь 1 и чашка 20. Масса гирь, входящих в набор, равна наибольшему пределу взвешивания. На правом плече коромысла укреплены поршень 7 воздушного успокоителя, противовес 10 и микрошкала 8. Поршень 7 совершает колебания внутри неподвижного стакана 9, благодаря чему и осуществляется торможение колебаний. Противовес 10 вместе с правым плечом коромысла служит для грубого уравновешивания левого плеча и всей подвесной системы (чашки, серег и гирь). Окончательно тарируют весы с помощью грузика 4, а регулятором чувствительности является грузик 5. Весы снабжены изолиром, который состоит из вала 16 и эксцентриков 14 и 17. При поворотах ручки 18 эксцентрик 14 поднимает и опускает шток 15, отпирающий и запирающий коромысло 6, а эксцентрик 7 воздействует на грибок 19, отпирающий и запирающий чашку 20.

При взвешиваниях оператор помещает навеску на чашку, а затем снимает необходимое количество гирь до тех пор, пока весы не придут в равновесие. Гири снимают с помощью ручек, выведенных на переднюю сторону витрины и связанных с рычагами, воздействующими на гири.

Отсчётное устройство весов (рисунок 17.2.21 б), вынесенное на переднюю панель витрины, состоит из ряда окошек, через которые видны цифры, соответствующие граммам и десятым долям грамма, и экрана, на котором видна в увеличенном виде микрошкала, служащая для отсчета целых миллиграммов. Десятые доли миллиграмма отсчитывают по нониусу. Так, на рисунке показан результат 137,8505 г.

Весы, выпускаемые заводом «Госметр», несколько отличаются от описанных конструктивным исполнением. Так, в весах завода «Госметр» гири расположены не над чашкой, а под ней, указатель целых граммов и десятых долей грамма находится не в нижней, а в верхней части передней панели витрины. Следует отметить, что Ленинградский завод «Госметр» и ряд зарубежных фирм выпускают аналитические весы со встроенными гирями на весь диапазон взвешивания.

Первая модель таких весов была сконструирована в СССР еще в 1934 г. И.Д.Менделеевым (сыном великого ученого) специально для взвешивания по способу, предложенному Д. И. Менделеевым. Ниже приводится описание аналитических весов с наибольшим пределом взвешивания 100 г.(модель ОВМ – 100), выпускаемых заводом «Госметр». Коромысло 9 этих весов представляет собой неравноплечий рычаг, к короткому плечу которого с помощью серьги подвешена чашка 8, а к длинному прикреплены подвижной стакан воздушного успокоителя 10, являющийся одновременно противовесом, и прозрачная микрошкала 11. На ту же серьгу, на которой весит чашка, подвешена прямоугольная рамка подвеска 7, к середине нижнего звена 6 которой прикреплен вертикальный стержень 3. Он пропущен сквозь плату в отделение весов, где расположены механизмы изолира, а также съема и наложения гирь.

Здесь к стержню прикреплены две параллельные рейки с V-образными вырезами – гнездами.

Весы заключены в металлическую витрину с выдвижными боковыми дверцами. Крышку витрины снять легко, что обеспечивает доступ к коромыслу и к регуляторам тары. Для предохранения коромысла от нагрева оно отделено от камеры взвешивания горизонтальной перегородкой.

Рукоятка изолира выведена на правую сторону. При освобождении весов от изолира одновременно зажигается лампочка, освещающая оптическую шкалу. Наличие в весах трансформатора позволяет включать весы в осветительную сеть напряжением 127 и 220В.

Рисунок 17.2.22 - Конструктивная схема весов ОВМ-100

Технические характеристики лабораторных весов приведены в таблицу 17.2.5

Таблица 17.2.5 – Технические характеристики лабораторных весов

17.2.6 Основные требования к газоанализаторам и тахометрам /31/

Для определения содержания окиси углерода и суммы углеводородов в отработавших газах автомобилей следует применять газоанализаторы непрерывного действия, работающие на принципе инфракрасной спектроскопии, со следующими метрологическими характеристиками:

- основная приведенная погрешность газоанализатора должна быть не более ± 5 % верхнего предела измерений для каждого диапазона;

- постоянная времени газоанализатора должна быть не более 60 с;

- шкала газоанализатора окиси углерода должна быть отградуирована по бинарной газовой смеси (окись углерода в воздухе или азоте) в объемных долях, выраженных в процентах окиси углерода от 0 - 5 % до 0 - 10 %;

- шкала газоанализатора суммы углеводородов должна быть отградуирована по бинарной газовой смеси (пропан в азоте); в объемных долях, выраженных в частях на миллион гексана (млн-¹), 0-1000 млн-¹ и 0-10000 млн-¹;

- шкала тахометра для измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя должна иметь два диапазона: О— 1000 мин-¹ и 0-10000 мин-¹;

- погрешность измерения частоты вращения для каждого диапазона должна быть не более ± 2,5 % верхнего предела измерений.

Допускается применять газоанализаторы, работающие на других принципах действия, отвечающих требованиям пп. 1 - 3 настоящего приложения и дающих показания, идентичные с принятыми средствами измерений.

Тахометры магнитоиндукционные 8ТМ. Зарегистрированы в Госреестре средств измерений под № 4666-96. Предназначены для непрерывного измерения частоты вращения частей машин и механизмов.

Рисунок 17.2.23 - Тахометры магнитоиндукционные 8ТМ

Допускаемая основная погрешность, %, не более:

в пределах рабочего диапазона ±1

Тахометр типа ТХ-193 установлен на щитке приборов и прикреплен к нему с помощью двух скоб 40 и гаек 38.

Тахометр имеет пластмассовый корпус 20, к которому спереди металлическим хромированным рантом 16 крепятся пластмассовые стеклодержатель 17 и ободок 15, а сзади тремя винтами прикреплен корпус 37 миллиамперметра. Электронная часть тахометра смонтирована на плате 36 из фольгированного гетинакса. Шкала крепится к корпусу миллиамперметра двумя винтами. На шкале цветными линиями выделены зоны опасных оборотов коленчатого вала. Предварительная зона опасных оборотов (5500-6000) выделена линиями желтого цвета, а зона опасных оборотов (свыше 6000) линиями красного цвета. Шкала прибора освещается лампой 19 типа АМН 12-3, которая вставляется в ламподержатель, привальцованный к верхней части корпуса. Свет от лампы проходит через голубой пластмассовый светофильтр 18, приклеенный к корпусу, затем через зазор между шкалой и корпусом и равномерно освещает шкалу. В нижней части шкалы имеются три отверстия, закрытые цветными пластмассовыми светофильтрами 41, 42 и 43. Через них проходит свет от контрольных ламп типа АМН 12-3, которые устанавливаются в отдельных ламподержателях, привальцованных к нижней части корпуса прибора. Для контрольных ламп в нижней части корпуса имеется специальный отсек, разделенный перегородками на три отдельные секции. Принцип действия тахометра основан на измерении частоты следования импульсов напряжения в первичной цепи системы зажигания двигателя.

Рисунок 17.2.24 - Тахометр ТХ193

В четырёхцилиндровом четырёхтактном двигателе за один оборот валика распределителя зажигания контакты прерывателя размыкаются и замыкаются четыре раза (два раза за один оборот коленвала). Следовательно, за один оборот валика в первичной цепи системы зажигания создается четыре импульса тока и напряжения (два импульса за один оборот коленвала). Чем выше частота вращения коленчатого вала двигателя, тем больше частота следования импульсов.

Рисунок 17.2.25 - Принципиальная схема тахометра ТХ-193.

Импульсы напряжения в форме затухающей синусоиды (А) снимаются с конца первичной обмотки катушки зажигания и подаются на вход формирователя запускающих импульсов, который состоит из звеньев К1-С1, К2-С2, VI и СЗ-С4. От формирователя запускающие импульсы уже определенной величины и формы (Б) подаются на вход ждущего мультивибратора, собранного на транзисторах У2 и У4. Мультивибратор преобразует их в импульсы тока прямоугольной формы (В) с постоянной амплитудой и длительностью. Эти импульсы проходят через катушку миллиамперметра, включенную в коллекторную цепь транзистора М2. В зависимости от частоты следования импульсов меняется средняя величина силы тока, проходящего через обмотку катушки миллиамперметра, и тем на большую величину отклоняется стрелка прибора. Прибор обеспечивает отклонение стрелки на угол 270° при силе тока 10 мА. Стабилитрон У5 стабилизирует напряжение питания, чтобы его колебания не влияли на точность показаний прибора. Терморезистор КЗ служит для компенсации температурной погрешности прибора. Диод УЗ предназначен для защиты транзистора \12 от пробоя ЭДС самоиндукции, возникающей в обмотке миллиамперметра. Миллиамперметр применен магнитоэлектрического типа. Его магнитная система состоит из постоянного магнита 44, зажатого между двумя магнитопроводами - наружным 47 и внутренним 48. Магнит и магнитопроводы прикреплены к пластмассовому корпусу 37. Внутренний магнитопровод имеет кольцевую часть, которую охватывает катушка 45, закрепленная на держателе 46. Ось миллиамперметра вращается в двух втулках. Передняя втулка закреплена в корпусе 37, а задняя крепится к наружному магнитопроводу 47. Концы оси смазываются при сборке специальной силиконовой жидкостью, которая обладает демпфирующий свойством - гасит колебания стрелки при движении автомобиля.

Для измерения параметров двигателей внутреннего сгорания применяются множество измерительных устройств, от обычных, со стрелочными индикаторами, до очень точных, цифровых. Предлагаются некоторые виды измерителей параметров двигателей внутреннего сгорания (ДВС)./32/

ДОС 2000. Прибор предназначен для диагностики автомобилей Европейских, Японских, Корейских, Американских производителей. ДОС 2000 - это многофункциональный прибор, состоящий из системного сканера, 4-х канального цифрового осциллографа, осциллографа зажигания, т. д

Рисунок 17.2.26 - ДОС 2000

РОА-2100. Портативный компьютерный прибор второго поколения. Предназначен для диагностики двигателя, визуального анализа и измерения параметров сигналов в различных электронных и электрических системах автомобиля.

Рисунок 17.2.27 - РОА-2100

МТ5-5100. Прибор предназначен для диагностики двигателя, а также визуального анализа и измерения параметров сигналов в различных электронных и электрических системах автомобиля.

Рисунок 17.2.28 МТ5-5100

Engine Boss. Компьютерный мотор-тестер предназначен для диагностики двигателя, визуального анализа и измерения параметров сигналов в различных электронных и электрических системах автомобиля, с выводом информации на монитор персонального компьютера.

Рисунок 17.2.29 - Engine Boss

Vision Premier. Vision Premier - это новейший мотор тестер модульной конфигурации. Предназначен для комплексной диагностики двигателя и его систем, а также визуального анализа и измерения параметров сигналов в различных электронных и электрических цепях автомобиля.

Рисунок 17.2.30 - Vision Premier

17.2.7 Торговые весы /31/

Рисунок 17.2.31 - Настольные гирные весы

Рисунок 17.2.31, лист 2

Рисунок 17.2.32 - Схема настольных гирных весов

Рисунок 17.233 - Настольные медицинские весы в роддомах.

а) общий вид; б) схема весов.

Рисунок 17.2.33, лист 2

Рисунок 17.2.34 - Настольные двухплечные циферблатные весы системы Беранже

17.2.8 Одночашечные лабораторные весы /31/

а) весы типа Робервада; в) весы типа Берчиже

Рисунок 17.2.35 - Устройство одноплечных весов:

17.2.9 Газоанализаторы /31/

ЭД – электродвигатель, 1 – Ртутный насос, 2 – Поглотительный сосуд,

3 – Колонки, 4 – Перо, 5 – Диаграмма на барабане

Рисунок 17.2.36 - Схема автоматического химического газоанализатора

1 – Источник инфракрасного излучения, 2 - Синхронный электродвигатель, 3 – Лампа осветителя, 4 – Фотосопротивление, 5 – Диск обтюратора, 6 – Фильтровая камера, 7 – Рабочая камера, 8 – Отражатель, 9 – Лучеприемник, 10 – Компенсирующая камера, 11 – Реверсивный двигатель, 12 – Реохорд, 13 – Источник питания, 14 – Микрофонный каскад усилителя, 15 Синхронный усилитель мощности, 16 – Усилитель мощности, 17 – Вторичный прибор.

Рисунок 17.2.37 - Схема оптико-акустического газоанализатора типа ОА

а - Лабароторный хроматограф типа ГСТЛ – 3; б - Промышленный хроматограф типа ХТП - 63

Рисунок 17.2.38 – Хроматографы

17.2.10 Стеклянные жидкостные термометры /31/

Благодаря сравнительно высокой точности, несложности устройства и дешевизне изготовления стеклянные жидкостные термометры являются наиболее распространенными приборами для измерения температур. В зависимости от требований, предъявляемых к термометрам, изготовляется много различных типов и разновидностей стеклянных жидкостных (в особенности ртутных) термометров, отличающихся конструкцией, размерами, пределами измерения и другими характеристиками. Принцип действия стеклянных жидкостных термометров основан на зависимости между температурой и объемом термометрической жидкости, заключенной в термометре.

Основными элементами конструкции термометра являются: стеклянный резервуар с припаянными к нему стеклянным капилляром; термометрическая жидкость, заполняющая резервуар и часть капилляра; шкала, градуированная в градусах температуры, расположенная вдоль капилляра. При повышении температуры термометра объем жидкости увеличивается, что заметно по изменению длины столбика жидкости в капилляре.

Конструкция и виды.

Стеклянные жидкостные термометры по своей конструкции делятся на три вида: термометры со вложенной шкалой; палочные и термометры со вложенной шкалой; палочные и термометры с наружной шкалой.

В термометрах со вложенной шкалой прямоугольная шкальная пластина и капилляр заключены в стеклянную цилиндрическую (или овального сечения) оболочку, припаянную к резервуару. Термометры со вложенной шкалой наиболее распространены, так как более удобны для применения. В палочных термометрах применяют массивные толстенные капиллярные трубки из которых выдувается и резервуар. Шкалу термометра наносят непосредственно на наружной стенке капилляра травлением или другим способом. По методу градуировки и применения стеклянные жидкостные термометры делятся на две группы: термометры, градуируемые при полном погружении, и термометры, градуируемые при неполном (рабочем) погружении.

Все рассматриваемые термометры по назначению и области применения могут быть разделены на следующие группы:

лабораторные общего и специального назначения; технические общего и специального назначения.

Термометрические жидкости.

В качестве основных термометрических жидкостей для заполнения стеклянных жидкостных термометров применяют ртуть, керосин, толуол, этиловый спирт, петролейный эфир и пентан. Температурные пределы применения этих жидкостей и их средние коэффициенты объемного теплового расширения приведены в таблице 17.2.6. Стекло по ГОСТ 1224-71.

Таблица 17.2.6 - Температурные пределы применения этих жидкостей и их средние коэффициенты объемного теплового расширения.

В настоящее время все стеклянные жидкостные термометры изготовляются только из термометрических стекол.