Применение весоизмерительной техники в современных лабораториях реферат

Обновлено: 06.05.2024

Лабораторные весы представляют собой аналитическое измерительное оборудование, предназначенное для определения массы исследуемых образцов с минимальной погрешностью. Механические модели этих устройств, в которых искомая величина определяется путем сравнения ее с весом гирь, в настоящее время практически полностью замещены более точными и надежными электронными приборами. В них информация о нагрузке передается на табло с помощью датчика, в котором нет движущихся частей, поэтому эти аппараты отличаются долгим сроком службы. Если из аналитической единицы перед проведением измерений необходимо полностью удалить влагу, используются сушильные шкафы.

Электронные весы снабжены рядом опций, значительно облегчающих получение конечного результата измерений.

Дополнительные возможности

К ним относятся следующие функции:

Процентного взвешивания.
Определения количества однородных предметов.
Усреднения.
Получения результатов в нестандартных единицах.

В первом случае, используемом при приготовлении сложных смесей, определяется точный вес входящих в их состав частей, заданных в процентном соотношении.

Во втором значительно сокращается время, которое необходимо потратить на подсчет одинаковых аналитических единиц. Их количество определяется при помещении партии однородных предметов на рабочую платформу электронного оборудования.

При нестабильном поведении исследуемого образца применяется функция усреднения полученных результатов измерений. Преимуществом использования этого вида приборов является возможность получения веса груза в нестандартных единицах, таких как унции или караты.

Воздействие высоких температур на исследуемый материал оказывают шкафы сушильные, предназначенные для эффективного удаления из них влаги. Они широко используются в медицинских лабораториях при изготовлении различных препаратов. Высокую весовую точность входящих в них компонентов обеспечивают электронные весы, являющиеся надежным измерительным оборудованием высокого класса, применение которого значительно ускоряет рабочий процесс.

Весы лабораторные — это особое устройство для высокоточного взвешивания веществ (жидких, сыпучих, твердых). Применяются в научной и производственной сферах деятельности. Без них невозможно проведение сложных опытов и исследований, создание материалов и смесей с четко заданными характеристиками. Цена деления исчисляется в тысячных долях грамма, благодаря чему достигается высокая точность измерений.

В этой статье расскажем о весах лабораторных: что это такое, каковы их виды и функции. Подробно остановимся на лабораторных электронных весах, вы узнаете, какими преимуществами они обладают, как правильно с ними работать и на что обращать внимание при выборе и покупке.

Весы лабораторные — это оборудование для самых точных измерений

Лабораторные весы применяются в отраслях, где нужно с максимальной точностью взвешивать образцы небольшой массы, и при этом недопустимы значительные погрешности: в испытательных, медицинских, фармакологических лабораториях, ювелирных мастерских, пищевой и химической промышленности и т. п. Элементы конструкции лабораторных весов:

Корпус (обычно из пластика). На нем есть разъемы для подключения дополнительного оборудования (порты RS-232 и USB). Например, можно подсоединить весы к компьютеру, подключить к ним принтер этикеток.
Панель управления (с кнопками и жидкокристаллическим дисплеем для отображения данных).
Измерительная платформа (из нержавеющей стали) — на нее кладется вещество, которое взвешивается.

У некоторых моделей есть модуль Wi-Fi и защитная камера, чтобы предотвратить воздействие факторов окружающей среды (пыли, движения воздуха и др.) на результаты взвешивания.

Принцип работы и функции лабораторных весов

Первоначально лабораторные весы были механическими. Их принцип действия основывался на движении рычагов либо растяжении пружин. Внешне такие весы выглядели как две чаши, подвешенные на концах коромысла. В одну чашу помещалось вещество или предмет, массу которого нужно определить, в другую — эталонные гирьки определенного веса. Разницу между взвешиваемым веществом и массой гирек показывала стрелка на шкале.

Затем появились электронные весы. Они определяют массу за счет тензометрических датчиков. Принцип измерения заключается в следующем: под воздействием веса у материала, из которого изготовлен датчик, изменяется электрическое сопротивление, при этом величина изменения сопротивления прямо пропорциональна массе взвешиваемого груза. Данные воспринимаются специальными преобразователями и выводятся на дисплей в виде цифр. Кроме непосредственно самого взвешивания, весы лабораторные электронные выполняют ряд дополнительных функций:

Контрольное взвешивание, при котором предварительно задают нужные пределы взвешивания от и до, и отмеряют вес вещества, отвечающий указанным параметрам.
Усреднение веса. Эта функция используется, если требуется взвесить вещество в изменчивых условиях или сам объект, масса которого определяется, отличается непостоянством. Чем большее количество раз выполняется взвешивание, тем точнее конечный результат.
Процентное взвешивание. Удобная функция для составления смесей по рецептам. Определяется вес как единичных составляющих смеси, так и ее общая масса. При взвешивании необходимое соотношение ингредиентов указывается в процентах.
Счетная функция (другое название — функция определения массы группы). Подсчитывается количество однотипных предметов, их суммарный вес и масса каждой единицы.

На лабораторных весах можно определять массу в нескольких единицах измерения. Самые распространенные: миллиграмм, грамм, унция, карат, гран, пенивейт. Но есть модели и с гораздо большим набором вариантов измерения.

Механические лабораторные весы сейчас используются редко. Их вытеснили электронные модели.

1. Задай вопрос нашему специалисту в конце статьи.
2. Получи подробную консультацию и полное описание нюансов!
3. Или найди уже готовый ответ в комментариях наших читателей.

Виды электронных лабораторных весов

Весы 1 класса (специальный класс точности — самый высокий). Используются в научных и медицинских лабораториях.
Весы 2 класса (высокий класс точности). Применяются в производственных, технических, научных, криминалистических лабораториях.
Весы 3 класса (средний класс точности). Подходят для пищевой, металлургической и химической промышленности, где, с одной стороны, необходимо точное определение веса, но с другой — этот фактор не является критическим.

В ГОСТ 24104-2001 указаны нормативы и требования к лабораторным весам всех классов: их виды, параметры, интервалы взвешивания, пределы допустимых погрешностей, общие технические требования и требования безопасности.

Эталонный набор — совокупность средств измерений, каждое из которых позволяет воспроизводить, хранить физическую величину в определенном диапазоне.

Эталонный комплекс — совокупность не однотипных технических средств. К таким эталонам принадлежит государственный первичный эталон единицы массы, которой состоит:

— Национальный прототип килограмма — копия №12 Международного прототипа килограмма (гиря из платиноиридиевого сплава для передачи размера единицы массы R1);

— Копия №26 — для поверки копии №12 и её замены в период сличений;

— Гиря R1 и набор гирь — для передачи размера единицы массы эталонам — копиям.

— Два компаратора (эталонные весы).

Вся весоизмерительная техника по точности делится на классы и разряды. Существует шесть классов (1 — 6) и пять разрядов Ia, I, II, III, IV. Разряды присваиваются образцовому оборудованию, предназначенному для воспроизведения и хранения единиц измерений и для поверки и градуировки мер и измерительных приборов. А классы присваиваются рабочему оборудованию, которое предназначено для практических измерений.

Лабораторные весы 1 — 3 классов и Iа, I, II, III разрядов относятся к весам специального класса точности и им присваивается международный индекс 1.

Лабораторные весы 4 класса и IV разряда относятся к весам высокого класса точности и им присваивается международный индекс II.

Весы для статического взвешивания имеющих количество поверочных цен деления более 500 е, относятся к весам среднего класса точности и им присваивается международный индекс III.

А если количество поверочных цен деления не более 500 е, то обычный класс точности с международным индексом IIII.

Рассмотрим теперь общую классификацию средств измерения массы.

Однозначные меры — это гири.

Измерительные приборы — это весы, весовые дозаторы, контрольные весовые автоматы.

Средства измерения массы

Меры массы

Лабораторные весы подразделяются по назначению на:

— лабораторные весы общего назначения;

— образцовые, специального назначения.

Весы общего назначения — только для взвешивания.

Весы образцовые — исключительно для поверки.

Весы специального назначения — это приборы, основанные на весовом принципе, но предназначены для определения физических величин, не являющихся массой или весом, например ВЛВ-100 (измерение влажности), маслопробные весы, пурка.

Весы специальных конструкций — весы, конструкция которых обладает спецификой, обусловленной особенностями объекта или условий взвешивания, что не позволяет использовать их для определения массы (веса) других объектов (каратные весы, пробирные весы).

По способу предоставления измерительной информации весы подразделяют на весы с аналоговым и цифровым отсчетным устройством.

По степени автоматизации цикла взвешивания — автоматические, полуавтоматические, неавтоматического уравновешивания.

По конструктивным признакам — именованной шкалой, с неименованной шкалой, с механизмом компенсации (выборки), тары, без механизма компенсации, с верхним расположением грузоприемной площадки, с нижним расположением грузоприемной площадки.

Лабораторные рычажные весы делятся на 4 класса, отличающихся друг от друга, ценой деления шкалы.

Весы 1-го и 2-го классов называют аналитическими, а 3-го и 4-го классов — техническими.

Аналитические весы применяют для микрохимических и химических анализов, а технические весы — для взвешивания драгоценных металлов и медикаментов, а так же технических анализов.

Условные обозначения лабораторных весов могут быть следующие:

— ВЛР — весы лабораторные, равноплечие с оптическим отсчетом;

— ВЛК — весы лабораторные квадрантные;

— ВЛКТ — весы лабораторные с механизмом выборки тары;

— ВЛТ — весы лабораторные технические;

— ВЛМ — весы лабораторные микроаналитические;

— ВЛАО — весы лабораторные аналитические одноплечие;

— ВЛЭ — весы лабораторные электронные;

— ВЛО — весы лабораторные образцовые.

После буквенного обозначения стоит цифра — это наибольший предел взвешивания, через дробь / стоит цифра — это цена деления, через — стоит цифра — это класс точности.

Приведем пример: ВЛК-2 кг/20-3 это весы лабораторные квадрантные с наибольшим пределом взвешивания 2 кг, ценой деления 20 г и классом точности 3.

По конструктивным признакам и области применения лабораторные весы бывают ещё:

1. Равноплечие весы (ВЛР, ВЛА…)

1 — Серьга; 2 — Подвески; 3 — Коромысло; 4 — Стрелка; 5 — Шкала; 6 — Изолир; 7 -Тарировочные гайки; 8 — Регулированные гайки; 9 — Успокоитель воздушный.

2. Двухпризменные весы

1 — Серьга; 2 — Подвеска; 3 — Коромысло; 4 — Микрошкала; 5 — Изолир; 6 — Встроенные гири; 7 — Механизм наложения гирь; 8 — Зеркала; 9 — Линзы; 10 — Матовый экран; 11 — Тарировочные гайки; 12 — Регулировочные гайки; 13 — Успокоитель воздушный.

3. Квадрантные весы

1 — Чашка; 2 — Квадрант; 3 — Зеркала; 4 — Линзы; 5 — Лампа; 6 — Матовый экран; 7 — Микрошкала; 8 — Встроенные гири; 9 — Механизм положения гирь; 10 — Струнка; 11 — Тарировочный груз; 12 — Регулировочный груз; 13 — Магнитный успокоитель.

4. Электронные

5. С упругими опорами

(крутильные, торсионные) основаны на принципе упругого закручивания металлической нити или изгиба пружины.

Весы для статического взвешивания

Весы для статического взвешивания по способу установки подразделяют на:

— настольные (наибольший предел взвешивания (НПВ) 1-50 кг);

— передвижные (50 -6000 кг);

— стационарные (5 -100т).

По типу отсчетного устройства весы подразделяют на:

1. С указателем равновесия;

2. С коромысловым шкальным уравновешивающим устройством;

3. С циферблатным отсчетным устройством;

4. С проекционным отсчетным устройством;

5. С дискретно-цифровым отсчетным устройством L = kdd, где k — целое число;

6. С аналоговым отсчетным устройством L=d (к ним относятся с 1 по 4 пункты).

dd — единица дискретного отсчета

d — наименьшая цена деления

Условные обозначения весов для статического взвешивания

Первая буква:

Р — рычажномеханические весы

Т — электронно-тензометрические весы

Вторая буква:

Затем цифры — наибольшей предел взвешивания

Затем буква

Г — коромысловые гирные

Ш — коромысловые шкальные

Д — дискретно — цифровые

Затем цифры:

1. визуальный отсчет показаний

2. документальная регистрация

Затем цифры:

3. отсчет показаний на месте

4. дистанционный отсчет

Рассмотрим несколько примеров кинематических схем.

Кинематическая схема настольных гирных весов

Кинематическая схема настольных шкальных весов

Кинематическая схема двухплощадочных шкальных весов

Кинематическая схема гирных весов

Аналогичная схема для шкальных весов, но другое коромысло.

Схема циферблатных весов со встроенным грузом

Тензодатчики

В настоящее время очень широкое распространение получают тензовесы или весовые устройства на основе тензодатчиков, чувствительными элементами которых являются тензорезисторы. Несомненными преимуществами таких весовых устройств является: высокая точность, небольшие габаритные размеры, возможность использования в автоматических системах регулирования, простота монтажа, наладки и эксплуатации.

Принцип действия тензорезистора основан на изменении его внутреннего электрического сопротивления при механической деформации.

Для измерения небольших деформаций ε от 0,005 до 2 % применяются фольговые и плёночныё тензорезисторы. Для измерения больших деформаций ε от 5 до 10 % применяют проволочные тензорезисторы. Также бывают полупроводниковые тензорезисторы, которые применяют для измерения деформаций до 0,1 %.

При измерении тензорезисторы обычно включаются в мостовую измерительную цепь. Напряжение питания моста ограничивается допустимой мощностью, рассеиваемой в тензорезисторе, и лежит в диапазоне 2 — 12 В.

Небольшое рабочее относительное изменение сопротивления тензорезистора определяет и сравнительно небольшое напряжение на выходе моста. Так, выходной сигнал моста с проволочными тензорезисторами составляет не более 10 — 15 мВ при деформации ε = 1 %.

При измерениях деформаций с помощью тензорезисторов одной из наиболее существенных погрешностей является температурная, для уменьшения которой используют дифференциальное включение тензорезисторов. В этом случае применяют два тензорезистора, наклеиваемых таким образом, чтобы деформация объекта вызывала растяжение одного тензорезистора и сжатие другого. Тензорезисторы включаются в два соседних плеча моста. Вследствие того, что изменение температуры вызывает однонаправленные изменения сопротивлений тензорезисторов, температурную погрешность удаётся снизить примерно на порядок. Одновременно за счёт дифференциальной схемы включения вдвое возрастает чувствительность.

Рассмотрим устройство и работу тензодатчика на базе преобразователя ДЭДВУ, работающего в комплекте с весоизмерительными устройствами типа КСТ-3.

Общий вид и устройство преобразователя ДЭДВУ приведено на рисунок 1.

В корпусе 1 установлен упругий элемент 2, представляющий собой цилиндрический столбик с основанием и сферической пятой. На рабочей части упругого элемента наклеены тензорезисторы 3. Для передачи усилия упругому элементу служит сферическая пята 4. В углублении корпуса помещена монтажная плата 5 с подгоночными резисторами, выводные проводники которых соединены с вилкой разъёма 6. Сверху упругий элемент закрыт диафрагмой 7, снизу крышкой 8, обеспечивающими герметичность внутреннего объёма преобразователя. Вилка разъёма закрыта колпаком 9 для защиты от механических повреждений при транспортировке и хранении преобразователя.

Принцип действия преобразователя основан на изменении электрического сопротивления тензорезисторов при их деформации.

Измеряемое усилие передаётся упругому элементу, вызывая его деформацию, которая передаётся тензорезисторам.

Схема электрическая принципиальная преобразователя приведена на рисунке 2.

Тензорезисторы R1, R2, R3, R4 вместе с компенсационными резисторами R9 и R10 образуют электрический мост, в одну диагональ которого подключено напряжение питания, а с другой диагонали снимается выходной сигнал.

При отсутствии усилия мост находится в равновесии и выходной сигнал равен нулю.

При воздействии измеряемого усилия тензорезисторы R1, R2, R3, R4 претерпевают деформацию, вызывая разбаланс моста, в измерительной диагонали которого появляется напряжение, пропорциональное измеряемому усилию.

Для подгонки величины выходного сигнала нагруженного преобразователя служат резисторы R5, R6, R7, а начального сигнала — резисторы R9, R10. При этом резисторы R9, R10 могут быть установлены в соответствующее плечо моста в зависимости от полярности начального сигнала (показано штриховыми линиями).

Для подгонки величины входного сопротивления преобразователя служит резистор R8.

Штырь 4 разъёма соединён с корпусом преобразователя и служит для его заземления. Схема преобразователя изолирована от корпуса.

Рассмотрим классификацию и основные параметры датчиков тензорезисторных.

Число поверочных интервалов датчиков Dmax/ν (Dmax — наибольший предел измерения, ν — поверочный интервал или дискретность) в зависимости от класса точности составляет, единиц:

— от 50000 и более для датчиков класса А;

— от 5000 до 100000 включительно — II — В;

— от 500 до 10000 включительно — II — С;

— от 100 до 1000 включительно — II — D.

Пределы допускаемой погрешности датчика при первичной поверке или калибровке в зависимости от его класса точности и диапазона измерения должны соответствовать указанным в таблице.

Диапазоны измерения для датчиков классов точности

где D_min — наименьший предел измерения.

Пределы допускаемой погрешности датчика по входу при его автономной поверке или калибровке в эксплуатации должны соответствовать удвоенным значениям согласно таблице.

Лабораторные весы, предназначенные для точного взвешивания грузов массой до 50 кг, подразделяются на: весы общего назначения, образцовые и специального назначения. Весы общего назначения используются только для взвешивания, образцовые - для поверки и аттестации образцовых гирь и гирь общего назначения. К весам специального назначения относят пурки, служащие для определения натуры зерна. Все большее распространение специальные, встроенные весы получают в современных аналитических приборах, устанавливающих количественный состав веществ в анализируемых пробах - содержание золы, жира и, особенно, в измерителях влагосодержания материалов, представляющих собой комплекс устройств, обеспечивающих одновременное высушивание материала и его взвешивание.

Класс точности лабораторных весов можно определить по таблице, приведённой в ГОСТ 24104-88, на основании 2 параметров: наибольшего предела взвешивания и предела допускаемой погрешности весов. Обе эти величины приводятся в технической документации на весы.

По принципу действия весы делятся на 2 группы - механические и электронные.

В механических весах окончание взвешивания определяется визуально по положению стрелки индикатора. Измеряемый образец сравнивается с массой гирь (встроенных или наружных). В связи с этим время измерения зависит от навыка оператора и может занять от 30 с до 10 мин. Для определения массы образца требуется суммировать массу гирь; для определения погрешности взвешивания к погрешности весов добавляется погрешность определения массы использованных гирь.

В электронных весах результат измерения показан на цифровом индикаторе. Время измерения зависит от быстродействия весов и может составлять от 0,5 до 3 с. Погрешность измерения определяется только погрешностью весов.

По принципу действия электронные лабораторные весы могут быть: прямого измерения или с электронным уравновешиванием.

В электронных лабораторных весах прямого измерения используются тензометрические или другие датчики. Измеряемый вес преобразуется в электрический сигнал, сравниваемый со значением электрического сигнала, полученного при взвешивании эталонного (калибровочного) груза. Значение этого сигнала хранится в электронном блоке весов и возобновляется при калибровке. Весы прямого преобразования относятся к 4-му классу точности по ГОСТ 24104-88 или среднему классу по ГОСТ 29329-92.

В весах с уравновешиванием используется магнитоэлектрический компенсатор. Информация об измеряемой массе содержится в величине компенсирующего сигнала. Этот принцип позволяет создать наиболее точные весы. Их точность зависит от используемой технологии фирмы-производителя. Весы с магнитоэлектрическим компенсатором могут относиться к весам 1-го, 2-го, 3-го и 4-го классов точности по ГОСТ 24104-88. Компенсирующий сигнал в этих весах также сравнивается со значением сигнала, полученного при взвешивании эталонного (калибровочного) груза из памяти электронного блока весов.

Для электронных весов погрешность измерения массы будет соответствовать значению, определяемому при ежегодной поверке только в том случае, если будет своевременно произведена калибровка. В связи с этим большое значение имеет контроль за изменением температуры в помещении для своевременной калибровки.

При взвешивании сыпучих и жидких веществ используется тара (бюксы, колбы, стаканы). В этом случае измерение массы будет состоять из двух операций: взвешивания пустой тары и тары вместе с образцом. Измеряемая масса определяется как разница этих двух измерений. В механических весах погрешность измерения в данном случае удваивается. При измерении на электронных весах с функцией выбираемой тары погрешность измерений равна погрешности весов. При измерении массы с использованием тары следует обращать внимание, что суммарная масса тарной ёмкости и образца не должны превышать наибольший предел взвешивания весов.

Читайте также: