Тема 3 Весы и взвешивание. Весы и взвешивание 1 Общие положения

• Название: Весы и взвешивание 1 Общие положения
• Дата: 12.05.2022
• Размер: 0.7 Mb.
• Имя файла: Тема 3 Весы и взвешивание.pdf
• Тип: Глава; #524730

ГЛАВА 3. ВЕСЫ И ВЗВЕШИВАНИЕ
3.1 Общие положения
Весы – универсальный прибор, который используется для определения массы сыпучих и жидких веществ, или предметов.
По принципу работы лабораторные весы разделяют на механические и электронные.
Взвешивание на механических весах происходит благодаря взаимодействию системы рычагов и грузов, а отображение информации о взвешиваемом грузе – с помощью стрелки, механически связанной с системой рычагов. Недостатки механических весов: необходимость уравновешивать систему при каждом взвешивании для снятия показаний и наличие механических деталей, которые быстро изнашиваются.
В электронных весах масса взвешиваемого груза сравнивается с эталонным грузом калибровки, значение которого заложено в память электронного блока. Внутри корпуса встроен датчик, передающий информацию о нагрузке на табло весов. Преимуществами электронных весов являются небольшие габаритные размеры (по сравнению с механическими), точность и надежность, автоматизация, которая минимизирует возможные ошибки измерения, допускаемые оператором, наличие дополнительных функций (тарирование, усреднение), быстрый процесс измерения.
По классу точности измерения весы подразделяют на 3 класса (ГОСТ Р 53228-2008):
- I – специальный класс точности, поверочная цена деления ≤ 0,001 г;
- II – высокий класс точности поверочная цена деления 0,001-0,1 г;
- III – средний класс точности, поверочная цена деления 0,1-5 г;
- IIII – обычный класс точности, поверочная цена деления ≥ 5 г.
Весы среднего класса точности (технические) позволяют измерять массу с точностью до
0,1 г. Их применяют в химической, металлургической, пищевой промышленности, а также в экологических и микробиологических лабораториях.
Весы высокой точности позволяют измерять массу с точностью до 0,001 г и широко используются в химических, аналитических лабораториях.
Для измерения массы с очень высокой точностью применяют весы специальной точности
(аналитические). Данный вид лабораторного оборудования используется для определения массы предмета с точностью до 0,0001 или 0,00001 г. Аналитические весы применяют в химических лабораториях для приготовления точных растворов, в испытательных центрах пищевых производств и т.д.
Параметры точности и погрешности весов устанавливаются в соответствии с ГОСТ Р
53228-2008 для каждого класса весов и обозначаются на весах (рисунок 3.1):
1) Наибольший предел взвешивания весов (НПВ) – это верхняя граница предела взвешивания, определяет самую большую массу при взвешивании на весах за один раз.
2) Наименьший предел взвешивания весов (НМПВ) – это нижняя граница предела взвешивания, определяет какой наименьший вес можно взвесить на весах с допустимой степенью погрешности.
3) Цена деления весов (обозначается d) – это разность значений веса между двумя соседними значениями на шкале механических весов. А на электронных весах это значение массы, соответствующее дискретности отсчета весов.
4) Цена поверочного деления весов (e) – это величина условная. Она выражается в единицах массы и используется при классификации весов и нормировании требований к ним.
5) Число поверочных делений весов (n) равняется отношению наибольшего предела взвешивания к значению «е» (НПВ/e).
Предельно допустимая погрешность весов определяется ценой поверочного деления e.
Производители весов и весового оборудования весов гарантирует следующее соотношение: d =
e. Чем ниже погрешность на весах, тем выше точность измерений весового прибора.

а) б)
Рисунок 3.1 – Маркировка параметров точности на весах: а) на аналитических механических весах указан наибольший предел взвешивания; б) на электронных - наибольший предел взвешивания и цена деления
Взвешивание на весах всегда проводят с использованием тары. Строго запрещается химические вещества помещать непосредственно на чашку весов. Для взвешивания химических реактивов в качестве тары используют стаканчики для взвешивания (бюксы), часовое стекло. Агрессивные вещества взвешивают только в закрытых бюксах. Ампулы, пробирки и приемники с полученным веществом взвешивают в стеклянном стакане. Для взятия небольших навесок неагрессивных веществ можно использовать кальку. Другая бумага, особенно фильтровальная, в качестве тары для взвешивания не пригодна. Масса фильтровальной бумаги зависит от влажности окружающего воздуха и имеет шероховатую поверхность. Строго запрещается взвешивать горячие, грязные или мокрые предметы.
Весы требуют тщательного ухода. Они не должны подвергаться тряске, запылению, действию паров и должны проходить ежегодную поверку.
3.2 Электронные весы: устройство и правила взвешивания
В лабораторном практикуме при проведении большинства опытов применяют электронные весы II высокого класса точности (точность взвешивания 0,001-0,1 г и предел взвешивания 200-
300 г) (рисунок 3.2).
Взвешивание на электронных весах проводят следующим образом:
1. Установить весы на ровную неподвижную поверхность.
2. Отрегулировать горизонтальность установки весов, вращая винтовые опоры (ножки весов) и одновременно контролируя положение воздушного пузырька в ампуле уровня
(рисунок 3.2, б). Весы выровнены, когда пузырек находится в центре черного кольца. После каждого смещения весов необходимо проверять горизонтальность их установки.
3. Поместить на чашку весов стаканчик для взвешивания.
4. Записать его массу или обнулить показания весов (нажатием клавиши «Tare»).
5. Снять стаканчик для взвешивания с чашки весов, поставить на лист чистой бумаги, насыпать в него взвешиваемое вещество и вновь поставить на чашку весов. Если масса вещества не соответствует заданной, то стаканчик с веществом вновь снять с чашки весов и добавить (или отобрать) необходимое количество вещества. Для взятия точной навески допускается добавлять на весах небольшое количество вещества маленьким шпателем.
6. После работы выключить весы, при необходимости осторожно протереть чашку весов мягкой тканью.
Пример записи: при взвешивании стаканчика с заданным веществом, на дисплее было значение 2,05 г (вес стаканчика предварительно был обнулен). Учитывая, что используемые весы позволяют измерить с точностью до 0,01 г, масса навески составляет (2,05±0,01) г.

а) б)
Рисунок 3.2 – Электронные весы: а) общий вид: 1- чашка весов, 2 - ножки, 3- кнопка «Unit»
(переключение единиц измерения), , 4 – кнопка «On/Off» (включение/выключение), 5 – кнопка
«Tare» (установка нуля, тарирование), 6 – маркировка параметров точности весов, 7- кнопка
«Mode» (выбор режима), 8 – дисплей, на котором указан текущий вес и единицы измерения, 9 – обозначение на дисплее знаков, показывающих, что весы стабилизированы, 10 – уровень; б) уровень (увеличенное изображение)
3.3 Технохимические весы: устройство и правила взвешивания
Технохимические весы применяют для измерения относительно больших масс (от 100 г до 1 кг) с точностью от 0,01 г. По конструкции технохимические весы бывают равноплечими
(рисунок 3.3), трехпризменными и двухпризменными, одночашечными, называемыми еще квадрантными (от лат. quard-rans - четвертая часть, что означает перемещение грузового плеча в секторе с центральным углом 90°).
Технохимические весы имеют арретир, поддерживающий чашки весов, когда они не работают (рисунок 3.3, а). Таким образом в нерабочем состоянии коромысла весов не нагружены. Чтобы на весах можно было взвешивать, нужно опустить арретир при помощи имеющейся спереди весов рукоятки. а) б) в)
Рисунок 3.3 – Технохимические равноплечие весы: а) общий вид: 1- чашка весов, 2 – установочные винты, 3 – ручка арретира, 4 –шкала, 5 – стрелка, 6 – отвес, 7 - балансировочные гайки, 8 – коромысло; б) отвес в отрегулированном положении; в) точный разновес
Для взвешивания применяют точный разновес, который представляет собой набор гирь, хранящихся в ящике с крышкой (каждый разновес имеет свое гнездо) (рисунок 3.3, в).
Граммовые гири никелированные, миллиграммовые представляют собой пластинки из алюминия или никеля. Строго запрещается брать руками гири точного разновеса, их можно брать только пинцетом! Точный разновес нельзя оставлять открытым, когда им не пользуются.
По окончании взвешивания каждую гирьку кладут в то гнездо, из которого она была взята.
Взвешивание на технохимических весах проводят следующим образом:

1. Установить весы на ровную горизонтальную поверхность.
2. Проверить правильность установки весов. Для этого необходимо освободить арретир
(поворачивая рукоятку арретира) и наблюдать за положением стрелки весов. Если весы работают правильно, то стрелка будет стоять на нуле шкалы. Если стрелка не встает на нуль, то следует проверить по отвесу правильность положения весов (вершины верхнего и нижнего конусов должны совпадать). В случае необходимости следует произвести регулирование при помощи установочных ножек-винтов. После каждого смещения весов необходимо проверять горизонтальность их установки.
3. Любая тара должна быть предварительно взвешена или уравновешена. Осторожно освобождая арретир, необходимо следить за отклонением стрелки весов. Каждый раз, перед тем как положить новый разновес, весы арретируют. Подбирать разновес следует до тех пор, пока весы не придут в равновесие, т.е. стрелка не будет стоять на нуле шкалы.
4. Насыпать взвешиваемый материал на чистый лист бумаги, на часовое стекло, в бюкс или стеклянный стаканчик и поместить на чашку весов. Принято взвешиваемый объект помещать на левую чашку весов, а гирьки из разновеса - на правую. Каждый раз, перед тем как положить новый разновес или добавить недостающее вещество, весы арретируют. Подбирать разновес или добавлять недостающее вещество следует до тех пор, пока весы не придут в равновесие, т.е. стрелка не будет стоять на нуле шкалы.
5. Строго запрещается брать для взвешивания гирьки из другого разновеса. Если для уравновешивания предмета не хватило какого-либо разновеса, это значит, что не соблюдался правильный порядок взвешивания.
6. По окончании работы проверить весы и разновесы и арретировать весы. Строго
запрещается оставлять что-либо на весах после взвешивания.
Массу предмета подсчитывают путем складывания массы всех разновесов.
Пример записи: на весах стояли следующие разновесы: 10 г, 5 г, 1 г, 500 мг, 200 мг, 20 мг, тогда масса взвешиваемого предмета равна 16 г 720 мг или 16,72 г.. Учитывая, что используемые весы позволяют измерить с точностью до 0,01 г, масса взвешиваемого объекта составляет (16,72±0,01) г.
3.4 Аналитические весы: устройство и правила взвешивания
На аналитических весах можновзвешивать вещества до 200 г в различных агрегатных состояниях с высокой точностью до 0,0001 г.
По конструктивным признакам аналитические весы подразделяются на две основные группы: весы коромысловые рычажные (одноплечие и равноплечие (рисунок 3.4, а); весы, оснащённые измерительным упругодеформируемым устройством, которым является торсионная нить.
По конструкции аналитические весы разделяют на весы периодического качания и так называемые апериодические или демпферные весы. Главным недостатком весов с периодическим качанием стрелки является крайне медленное затухание колебаний, совершаемых коромыслом. В апериодических весах колебания коромысла гасятся с использованием специального устройства – демпфера, осуществляющего магнитное, либо воздушное торможение.
Современные аналитические весы являются электронными.

а) б) в)
Рисунок 3.4 – Аналитические коромысловые демпферные весы: а) общий вид; б) основные узлы: 1,9 – чашки, 2,10 – демпферы; 3 – колонка; 4 – седла; 5 – средняя призма коромысла; 6 – рычаги; 7 – стрелка; 8 – оптическая шкала; 11 – большой диск; 12 – малый диск; 13 – основание; 14, 16 – регулируемые ножки; 15 – арретир; в) аналитический разновес
Основные узлы аналитических весов (рисунок 3.4, б).
Арретир (нем. Arretier(ung), франц. arreter - фиксировать, останавливать) - приспособление для установки и закрепления коромысла весов в нерабочем положении, чтобы предохранить ребра призм от быстрого изнашивания. Опускать арретир надо очень медленно, чтобы призмы мягко соприкоснулись с опорными подушками, а не ударились бы о них. Только тогда, когда коромысло весов начнет уже покачиваться и дрогнет конец стрелки, можно несколько ускорить движение арретира и опустить его до конца.
Ничего нельзя помещать на чашки, а также снимать с них что-либо или вообще трогать весы, открывать или закрывать боковые дверцы пока весы не арретированы.
Стрелка весов и шкала - наиболее простые отсчетные устройства для определения положения нулевой точки. В аналитических весах применяют для отсчета отклонения стрелки оптические устройства, позволяющие доводить точность отсчета до 0,001-0,005 мм. Такие устройства называют вейтографами. При помощи вейтографа видно не перемещение стрелки вдоль шкалы, а перемещение микрошкалы около неподвижной отсчетной линии. Каждое деление микрошкалы, обозначенное цифрой, отвечает нагрузке в 1 мг. Расстояние между двумя соседними делениями разделено на 10 частей, каждая из которых соответствует 0,1 мг.
Следовательно, отсчет по шкале вейтографа дает третий и четвертый десятичные знаки определяемой массы (в г).
Для уменьшения числа колебаний коромысла около положения равновесия, а следовательно, и перемещения стрелки со шкалой или вдоль шкалы, применяют успокоители колебаний - демпферы (от нем. Dampfer - глушитель).
Для взвешивания на аналитических весах имеется специальный аналитический разновес
(рисунок 3.4, в). Это набор очень точных граммовых гирь, находящийся в коробке с крышкой, выложенной внутри мягким материалом. Все гири аналитического разновеса можно брать только пинцетом. Миллиграммовый разновес отсутствует, он заменен специальными кольцами, подвешенными внутри весов. При помощи системы рычагов они навешиваются на специальную планку, прикрепленную к правой сережке коромысла. Навешивание осуществляется при помощи двух вращающихся дисков с нанесенными на них цифрами.
Поворотом большого диска можно навесить разновески от 100 до 900 мг, при вращении малого диска – от 10 до 90 мг.
Правила работы с аналитическими весами.

1. Аналитические весы должны находиться в специальной (весовой) комнате.
2. Весы должны содержаться в полной чистоте и порядке. Полагается иметь специальную щетку или кисть для очистки чашек весов.
3. Аналитические весы периодически должен поверять мастер-специалист. Разновесы также периодически следует отправлять на поверку.
4. Важно: взвешивать предмет можно только тогда, когда он принял температуру, одинаковую с температурой весов. Для этого предмет, который требуется взвесить, нужно выдержать в весовой комнате в эксикаторе не менее 15-20 мин, прежде чем ставить его на чашку весов.
5. Строго запрещается взвешивать на аналитических весах грузы более тяжелые, чем допускает предельная нагрузка весов (обычно равная 200 г).
Взвешивание предмета на аналитических весах проводят следующим образом:
1. Поставить справа от весов разновесы, а слева – эксикатор или взвешиваемый предмет.
2. Проверить состояние весов: чистые ли чашки, нет ли остатков ранее взвешиваемого вещества внутри весов; если необходимо – смахнуть пыль и загрязнения, используя специальную мягкую кисть.
3. Установить нулевую точку весов: опустить арретир и через 40-50 с посмотреть на экран вейтографа. Если при ненагруженных весах нуль шкалы точно совпадает с отсчетной линией на экране, можно приступать к взвешиванию. При отсутствии совпадения небольшим вращением головки корректора, находящегося немного выше рукоятки арретира, добиться соответствия отсчетной линии нулю шкалы. Однако подобную установку нулевой точки можно проводить, если отсчетная линия отстоит не более чем на 1-2 деления от нулевой точки вправо или влево.
Если отсчетная линия отходит от нулевой точки на много делений, надо проверить правильно ли весы установлены по отвесу, правильно ли подвешены чашки на призмы, а затем, если необходимо, установить нулевую точку при помощи балансировочных гаек. Учащимся
строго запрещается самим проводить эти операции. Налаживать весы должен преподаватель, разрешая учащимся пользоваться (очень осторожно!) лишь корректором. Важно: нулевую точку нужно проверять перед каждым взвешиванием.
4. Открыть левую дверку весов и поставить в центр левой чашки предмет, который нужно взвесить, после чего дверку закрыть.
5. Открыть правую дверку. При помощи пинцета из аналитического разновеса взять подходящую граммовую гирьку и поставить ее в центр чашки. Левой рукой немного повернуть рукоятку арретира и заметить, куда начинает отклоняться стрелка. Важно: нельзя полностью открывать арретир. Открывают его лишь настолько, чтобы было видно, какая из чашек перевешивает. Гирьки ставят на чашку весов, начиная с более крупных. Если чашка с гирьками перевешивает, снимают поставленную гирьку и заменяют ее следующей с меньшей массой.
Если предмет тяжелее гири, добавляют следующую, меньшую гирю и снова проверяют отклонение стрелки. Гирьки нужно ставить все по очереди от большей к меньшей. Когда очередная поставленная гирька покажет, что масса гирек велика, нужно уменьшить массу поставленных гирек на 1 г. Если окажется, что теперь масса поставленных гирек недостаточна, приступают к подбору долей грамма.
При подборе гирек необходимо следить за тем, чтобы масса была поставлена как можно меньшим числом гирек. Так, нельзя массу 5 г поставить гирьками 2 г, 1 г, 1 г, 1 г, а нужно поставить 5 г.
6. Поворачивая большой диск и совмещая с указателем различные цифры диска, подобрать десятые доли грамма. При каждом повороте диска необходимо предварительно арретировать весы. Поворачивая малый диск, подобрать сотые доли грамма; при подборе сотых долей можно открывать арретир полностью.
7. Найти определяемую массу с точностью до 0,01 г, открыть арретир полностью, и через
40-50 с снять показания шкалы с помощью вейтографа. Крупные деления шкалы обозначены цифрами со знаком плюс или минус. Знак плюс показывает, что величину отсчета надо прибавить, а знак минус – что величину отсчета надо вычесть. Во избежание ошибок

подбирают сотые доли так, чтобы отсчет по шкале был со знаком плюс.
8. Записать значение полученной массы. Вначале записывают суммарную массу граммовых гирек, проверяя эту цифру по пустым местам в коробке для разновесов. Ставят запятую и записывают со шкалы дисков десятые и сотые доли (первый и второй десятичные знаки).
Записывают показания шкалы (третий и четвертый десятичные знаки).
На аналитических весах взвешивание производится с точностью до четвертого десятичного знака, поэтому надо следить за тем, чтобы масса взвешиваемого предмета была записана с такой же точностью. Если около отсчетной линии оставалось деление шкалы, обозначенное цифрой (а не делениями между цифрами), необходимо вместо четвертого десятичного знака поставить 0.
Примеры записи: а) на чашке весов стояли гирьки 10 г, 1 г; на большом диске с указателем совмещена цифра 3, на малом – 70; отсчетная линия находится на шестом делении (из 9) после цифры 4. Масса предмета равна 11,3746 г. б) на чашке весов стояла гирька 5 г; на большом диске с указателем совмещена цифра 0, на малом – 10; отсчетная линия находится точно на делении с цифрой 6. Масса предмета 5,0160 г. в) на чашке весов стояла гирька 10 г; на большом диске с указателем совмещена цифра 8, на малом 00; отсчетная линия остановилась на четвертом делении после 0. Масса предмета
10,8004 г.
9. Снимают с левой чашки взвешиваемый предмет, убирают гирьки в коробку, начиная с более тяжелой. Ставят диски на 0. Проверяют не осталась ли нагрузка на чашках, не засорены ли весы.
Взятие навески на аналитических весах проводят следующим образом.
1. Взвесить бюкс или часовое стекло, соблюдая правила взвешивания.
2. Определить суммарную массу бюкса (или стекла) и необходимой навески.
3. Снять с чашки весов гирьки, соответствующие массе бюкса и поставить новые, равные суммарной массе бюкса и навески. Ни в коем случае нельзя добавлять гирьки, соответствующие массе навески к уже стоящим на чашке весов гирькам, соответствующим массе бюкса. Повернуть большой и малый диски так, чтобы поставить новую миллиграммовую нагрузку.
4. Снять бюкс с весов, насыпать в него немного вещества и снова поставить на весы.
Осторожно открывая арретир, наблюдают за отклонением стрелки и устанавливают, мало или много вещества в бюксе. Каждый раз снимая бюкс с чашки весов, осторожно досыпают или отсыпают вещество, пока около отсчетной линии не остановится деление шкалы, соответствующее третьему и четвертому знаку суммарной массы.
5. Иногда навеска не должна абсолютно точно соответствовать расчетному количеству, а должна быть близка к расчетному, но абсолютно точно взвешена. В таком случае взвешивают на аналитических весах часовое стекло или бюкс. Складывают их массу с массой нужной навески и на чашку весов ставят новые разновесы, соответствующие этой сумме. Насыпают в бюкс или на часовое стекло такое количество вещества, чтобы не надо было менять цифры на большом диске, а на малом диске изменение должно быть не более одной цифры. Открывают арретир полностью, снимают показания шкалы и записывают полученную суммарную массу.
Вычитая массу бюкса, находят точное значение взятой навески.
Пример записи: Необходимо взвесить 0,5250 г вещества. Соблюдая все правила взвешивания предмета, определили вес бюкса – 5,8567 г. Снимают бюкс с весов. На чашки весов устанавливают гирьки, соответствующие суммарной массе бюкса с необходимым количеством вещества (6,3817 г): гирьки 5 г и 1 г, на большом диске с указателем совмещают цифру 3, на малом – 80. Насыпают в бюкс вещество или убирают лишнее количество вещества до тех пор, пока отсчетная линия не будет находиться на седьмом делении после цифры 1.