Весы (прибор)

Определение "Весы (прибор)" в Большой Советской Энциклопедии

Десятичные весы системы Квинтенца (схема)

Весы, прибор для определения массы тел по действующей на них силе тяжести. Весы (прибор) иногда называют также приборы для измерений др. физических величин, преобразуемых с этой целью в силу или в момент силы. К таким приборам относятся, например, токовые весы и Кулона весы. Последовательность действий при определении массы тел на Весы (прибор) рассмотрена в ст. Взвешивание.

Древнеегипетские рычажные весы

  Весы (прибор) — один из древнейших приборов. Они возникли и совершенствовались с развитием торговли, производства и науки. Простейшие Весы (прибор) в виде равно-плечного коромысла с подвешенными чашками (рис. 1) широко применялись при меновой торговле в Древнем Вавилоне (2,5 тыс. лет до н. э.) и Египте (2 тыс. лет до н. э.). Несколько позднее появились неравно-плечные Весы (прибор) с передвижной гирей (см. Безмен). Уже в 4 в. до н. э. Аристотель дал теорию таких Весы (прибор) (правило моментов сил). В 12 в. арабским учёным аль-Хазини были описаны Весы (прибор) с чашками, погрешность которых не превышала 0,1%. Они применялись для определения плотности различных веществ, что позволяло распознавать сплавы, выявлять фальшивые монеты, отличать драгоценные камни от поддельных и т.д. В 1586 Г. Галилей для определения плотности тел сконструировал специальные гидростатические Весы (прибор) Общая теория Весы (прибор) была развита Л. Эйлером (1747).

Квадрантные весы с проекционной шкалой

Развитие промышленности и транспорта привело к созданию Весы (прибор), рассчитанных на большие нагрузки. В начале 19 в. были созданы десятичные Весы (прибор) (рис. 2) (с отношением массы гирь к нагрузке 1:10 — Квинтенц, 1818) и сотенные Весы (прибор) (Весы (прибор) Фербенкс, 1831). В конце 19 — начале 20 вв. с развитием поточного производства появились Весы (прибор) для непрерывного взвешивания (конвейерные, дозировочные и др.). В различных отраслях сельского хозяйства, промышленности, на транспорте стали применять Весы (прибор) самых разнообразных конструкций для взвешивания конкретных видов продукции (в сельском хозяйстве, например, зерна, корнеплодов, яиц и т.д.; на транспорте — автомобилей, ж.-д. вагонов, самолётов; в промышленности — от мельчайших деталей и узлов в точном приборостроении до многотонных слитков в металлургии). Для научных исследований были разработаны конструкции точных Весы (прибор) — аналитических, микроаналитических, пробирных и др.

Крутильные (торзионные) весы (схема)

В зависимости от назначения Весы (прибор) делятся на образцовые (для поверки гирь), лабораторные (в том числе аналитические) и общего назначения, применяемые в различных областях науки, техники и народного хозяйства.
По принципу действия Весы (прибор) подразделяются на рычажные, пружинные, электротензометрические, гидростатические, гидравлические.

Настольные циферблатные (торговые) весы

Наиболее распространены рычажные Весы (прибор), их действие основано на законе равновесия рычага. Точка опоры рычага («коромысла» Весы (прибор)) может находиться посередине (равноплечные Весы (прибор)) или быть смещенной относительно середины (неравноплечные и одноплечные Весы (прибор)). Многие рычажные Весы (прибор) (например, торговые, автомобильные, порционные и др.) представляют собой комбинацию рычагов 1-го и 2-го родов. Опорами рычагов служат обычно призмы и подушки из специальных сталей или твёрдого камня (агат, корунд). На равноплечных рычажных Весы (прибор) взвешиваемое тело уравновешивается гирями, а некоторое превышение (обычно на 0,05—0,1%) массы гирь над массой тела (или наоборот) компенсируется моментом, создаваемым коромыслом (со стрелкой) из-за смещения его центра тяжести относительно первоначального положения (рис. 3). Нагрузка, компенсируемая смещением центра тяжести коромысла, измеряется с помощью отсчётной шкалы. Цена деления s шкалы рычажных Весы (прибор) определяется формулой
s = k (P_oc / lg),

Одноплечные аналитические весы (схема)

  где P₀ — вес коромысла со стрелкой, с — расстояние между центром тяжести коромысла и осью его вращения, l — длина плеча коромысла, g — ускорение

Равноплечные двухчашечные микроаналитические весы

свободного падения, k — коэффициент, зависящий только от разрешающей способности отсчётного устройства. Цену деления, а, следовательно, и чувствительность Весы (прибор), можно в определенных пределах изменять (обычно за счёт перемещения специального грузика, изменяющего расстояние с).

Равноплечные рычажные весы (схема)

В ряде рычажных лабораторных Весы (прибор) часть измеряемой нагрузки компенсируется силой электромагнитного взаимодействия — втягиванием железного сердечника, соединённого с плечом коромысла, в неподвижный соленоид. Сила тока в соленоиде регулируется электронным устройством, приводящим Весы (прибор) к равновесию. Измеряя силу тока, определяют пропорциональную ей нагрузку Весы (прибор) Подобного типа Весы (прибор) приводятся к положению равновесия автоматически, поэтому их применяют обычно для измерений изменяющихся масс (например, при исследованиях процессов окисления, конденсации и др.), когда неудобно или невозможно пользоваться обычными Весы (прибор) Центр тяжести коромысла совмещен в этих Весы (прибор) с осью вращения.

В лабораторной практике всё шире применяются Весы (прибор) (в особенности аналитические) со встроенными гирями на часть нагрузки или на полную нагрузку (рис. 4). Принцип действия таких Весы (прибор) был предложен Д. И. Менделеевым. Гири специальной формы подвешиваются к плечу, на котором находится чашка для нагрузки (одноплечные Весы (прибор)), или (реже) на противоположное плечо. В одноплечных Весы (прибор) (рис. 5) полностью исключается погрешность из-за неравноплечности коромысла.

Современные лабораторные Весы (прибор) (аналитические и др.) снабжаются рядом устройств для повышения точности и скорости взвешивания: успокоителями колебаний чашек (воздушными или магнитными), дверцами, при открытии которых почти не возникает потоков воздуха, тепловыми экранами, механизмами наложения и снятия встроенных гирь, автоматически действующими механизмами для подбора встроенных гирь при уравновешивании Весы (прибор) Всё чаще применяются проекционные шкалы, позволяющие расширить диапазон измерений по шкале отсчёта при малых углах отклонения коромысла. Всё это позволяет значительно повысить быстродействие Весы (прибор)

В быстродействующих технических квадрантных Весы (прибор) (рис. 6) предел измерений по шкале отклонения коромысла составляет 50—100% от предельной нагрузки Весы (прибор), обычно лежащей в пределах 20 г — 10 кг. Это достигается особой конструкцией тяжёлого коромысла (квадранта), центр тяжести которого расположен значительно ниже оси вращения.

По принципу рычажных Весы (прибор) устроено большинство типов метрологических, образцовых, аналитических, технических, торговых (рис. 7), медицинских, вагонных, автомобильных Весы (прибор), а также Весы (прибор) автоматических и порционных.
В основу действия пружинных и электротензометрических Весы (прибор) положен закон Гука (см. Гука закон).

  Чувствительным элементом в пружинных Весы (прибор) является спиральная плоская или цилиндрическая пружина, деформирующаяся под действием веса тела. Показания Весы (прибор) отсчитывают по шкале, вдоль которой перемещается соединённый с пружиной указатель. Принимается, что после снятия нагрузки указатель возвращается в нулевое положение, то есть в пружине под действием нагрузки не возникает остаточных деформаций.

При помощи пружинных Весы (прибор) измеряют не массу, а вес. Однако в большинстве случаев шкала пружинных Весы (прибор) градуируется в единицах массы. Вследствие зависимости ускорения свободного падения от географической широты и высоты над уровнем моря показания пружинных Весы (прибор) зависят от места их нахождения. Кроме того, упругие свойства пружины зависят от температуры и меняются со временем; всё это снижает точность пружинных Весы (прибор)

В крутильных (торзионных) Весы (прибор), чувствительным элементом служит упругая нить или спиральные пружины (рис. 8). Нагрузка определяется по углу закручивания нити пружины, который пропорционален создаваемому нагрузкой крутильному моменту.

Действие электротензометрических Весы (прибор) основано на преобразовании деформации упругих элементов (столбиков, пластин, колец), воспринимающих силовое воздействие нагрузки, в изменение электрического сопротивления. Преобразователями служат высокочувствительные проволочные тензометры, приклеенные к упругим элементам. Как правило, электротензометрические Весы (прибор) (вагонные, автомобильные, крановые и т.д.) применяются для взвешивания больших масс.

Гидростатические Весы (прибор) применяют, главным образом, для определения плотности твёрдых тел и жидкостей. Действие их основано на законе Архимеда (см. Гидростатическое взвешивание).

  Гидравлические Весы (прибор) по устройству аналогичны гидравлическому прессу. Отсчёт показаний производится по манометру, градуированному в единицах массы.

Все типы Весы (прибор) характеризуются: 1) предельной нагрузкой — наибольшей статической нагрузкой, которую могут выдерживать Весы (прибор) без нарушения их метрологических характеристик; 2) ценой деления — массой, соответствующей изменению показания на одно деление шкалы; 3) пределом допускаемой погрешности взвешивания — наибольшей допускаемой разностью между результатом одного взвешивания и действительной массой взвешиваемого тела;
4) допускаемой вариацией показаний — наибольшей допускаемой разностью показаний Весы (прибор) при неоднократном взвешивании одного и того же тела.

Погрешности взвешивания на Весы (прибор) некоторых типов при предельной нагрузке.

Типы весов	Предельная нагрузка	Погрешность взвешивания при предельной нагрузке
Метрологические........... Образцовые 1-го и 2-го разрядов Образцовые 3-го разряда и технические 1-го класса............ Аналитические, полумикроаналитические, микроаналитические, пробирные Медицинские.............. Бытовые................. Автомобильные............. Вагонные................ Крутильные..............	1 кг 20 кг — 1 кг 200 г — 2 г 20 кг — 1 кг 200 г —2 г 200 г 100 г 20 г 2 г 1 г 150 кг 20 кг 30 кг — 2 кг 50 т — 10 т 150 т — 50 т 1000 мг — 20 мг 5 мг — 0,5 мг	0,005 мг* 20 мг — 0,5 мг* 1,0 мг — 0,01 мг*   100 мг — 20 мг 10 мг — 0,4 мг 1,0 мг — 0,1 мг* 1,0 мг — 0,1 мг* 0,1 мг — 0,01 мг*   0,02 мг — 0.004 мг*   0,01 мг — 0,004 мг*   50 г   10 г   60 г —5 г 50 кг — 10 кг 150 кг — 50 кг 1,0 мг — 0, 05 мг   0,01 мг— 0,001 мг

  * С применением методов точного взвешивания.

Лит.: Рудо Н. М., Весы. Теория, устройство, регулировка и поверка, М. — Л., 1957; Маликов Л. М., Смирнова Н. А., Аналитические электрические весы, в кн.: Энциклопедия измерений контроля и автоматизации, в. 1, М. — Л., 1962: Орлов С. П., Авдеев Б. А., Весовое оборудование предприятий, М., 1962; Карпин Е. Б., Расчет и конструирование весоизмерительных механизмов и дозаторов, М., 1963; Гаузнер С. И., Михайловский С. С., Орлов Весы (прибор) Весы (прибор), Регистрирующие устройства в автоматических процессах взвешивания, М., 1966.
  Н. А. Смирнова.

Рис. 6. Квадрантные весы с проекционной шкалой (а — общий вид, б — схема): 1 — грузоприёмная чашка; 2 — противовес-квадрант; 3 — рычаг, угол отклонения которого измеряется с помощью проекционной шкалы 4, через которую проходит световой пучок 5, проектирующий изображение шкалы на экран 6.


Рис. 8. Схема крутильных (торзионных) весов: 1 — спиральные пружины; 2 — рычаг для помещения нагрузки; 3 — магнитный ускоритель; 4 — стрелка; 5 — шкала.


Рис. 4. Равноплечные двухчашечные микроаналитические весы (предельная нагрузка 20 г): 1 — коромысло; 2 — воздушные успокоители; 3 — механизмы наложения встроенных гирь (от 1 до 999 мг); 4 — экран, на который проектируется шкала отсчёта; 5 — манипулятор, выдвигающий чашку весов в окошко; 6 — перегородка, защищающая коромысло от температурных влияний и воздушных потоков; 7 — встроенные гири, имеющие вид колец.


Рис. 1. Древнеегипетские рычажные весы (гирям придавалась форма животных).

OK : OB." href="/a_pictures/18/10/225611940.jpg">OK : OB."http://oxygen.atomistry.com/">OK : OB." src="a_pictures/18/10/th_225611940.jpg">
Рис. 2. Схема десятичных весов системы Квинтенца. АОК — рычаг 1-го рода, EDC — рычаг 2-го рода. Гири уравновешивают в 10 раз большую нагрузку при следующих условиях: ОА : ОВ = 10 : 1; CE : CD = OK : OB.


Рис. 5. Схема одноплечных аналитических весов: 1 — коромысло; 2 — встроенные гири; 3 — грузоприёмная чашка; 4 — противовес и успокоитель; 5 — источник света; 6 — проекционная шкала; 7 — объектив; 8 — устройство для коррекции нуля; 9 — экран.

P₀ — центр тяжести и вес коромысла со стрелкой; ОС = с — расстояние между точкой опоры и центром тяжести коромысла; Р — вес тела; р — перегрузок, уравновешиваемый смещением центра тяжести коромысла; l — плечо коромысла; r — длина стрелки; h — отклонение стрелки." href="/a_pictures/18/10/262446207.jpg">P₀ — центр тяжести и вес коромысла со стрелкой; ОС = с — расстояние между точкой опоры и центром тяжести коромысла; Р — вес тела; р — перегрузок, уравновешиваемый смещением центра тяжести коромысла; l — плечо коромысла; r — длина стрелки; h — отклонение стрелки."http://phosphorus.atomistry.com/">P₀ — центр тяжести и вес коромысла со стрелкой; ОС = с — расстояние между точкой опоры и центром тяжести коромысла; Р — вес тела; р — перегрузок, уравновешиваемый смещением центра тяжести коромысла; l — плечо коромысла; r — длина стрелки; h — отклонение стрелки." src="a_pictures/18/10/th_262446207.jpg">
Рис. 3. Схема равноплечных рычажных весов: О — точка опоры коромысла AB; С и P₀ — центр тяжести и вес коромысла со стрелкой; ОС = с — расстояние между точкой опоры и центром тяжести коромысла; Р — вес тела; р — перегрузок, уравновешиваемый смещением центра тяжести коромысла; l — плечо коромысла; r — длина стрелки; h — отклонение стрелки.