Аналитические весы типа АДВ-200

 

Аналитические весы типа АДВ-200 (рис. 3.1) используются при химических анализах для определения массы небольших тел с абсолютной погрешностью до десятых долей миллиграмма. Высокая точность взвешивания достигается как устройством весов, так и методикой взвешивания на них. Каждые весы рассчитаны на определенную предельную нагрузку. Она обычно указана на весах. Предельная нагрузка для весов АДВ-200 равна 200 г на одну чашку.

Для защиты от пыли и воздушных потоков весы помещены в корпус 1 (или витрину) с прозрачными стенками и подъемными дверцами. Витрина защищает весы от загрязнения, нагревания и воздушных потоков во время взвешивания. Витрина изготовляется из сухого дерева или металла, плотно пригоняется и прочно укрепляется на основании весов. Боковые дверцы должны легко открываться и закрываться, а подъем и опускание передней дверцы - происходить плавно, не вызывая сотрясений, во избежание нарушения установки и регулировки весов.

Весы имеют заднюю нерегулируемую ножку и две боковые – винтовые ножки 15, с помощью которых они устанавливаются по уровню, укрепленному в основании весов (на рис. 3.1 не указан).

Для устранения вибрации весы должны быть установлены на массивную плиту, укрепленную с помощью кронштейнов на капитальной стене. Аналитические весы устанавливают стационарно, и переносить их с места на место не рекомендуется.

Принцип действия весов основан на уравновешивании действующего на равноплечий рычаг (коромысло весов) момента силы веса груза, массу которого необходимо определить, моментом силы веса разновесов, масса которых известна, и моментом силы тяжести отклоненного от положения равновесия рычага. Нагрузка, возникающая при смещении центра тяжести коромысла, измеряется при помощи отсчетного устройства. Масса тела равна алгебраической сумме номинальных значений массы разновесов и показаний оптического устройства. В результат взвешивания вводят поправки, вызванные неравноплечестью весов, отклонением действительного значения массы гирь от номинального и действием аэростатической (выталкивающей) силы со стороны окружающего воздуха.

Главной частью весов является коромысло 5. Коромысло весов представляет собой жесткий на изгиб, но облегченный равноплечий рычаг.

 

 

Рис. 3.1. Аналитические весы АДВ–200:

1 – корпус весов (витрина); 2 – колонка; 3 – воздушные успокоители (демпферы); 4 – балансировочные грузики (гайки); 5 – коромысло; 6 – рычаги наложения

миллиграммовых разновесов; 7 – миллиграммовые разновесы, имеющие форму колец;

8 – дужки; 9 – лимбы механизма наложения миллиграммовых разновесов; 10 – стрелка;

11 – экран вейтографа; 12 – чашки; 13 – ручка тарирования весов на нулевую отметку

оптической шкалы; 14 – ручка изолира; 15 – установочные винтовые ножки

 

Самой ответственной частью коромысла весов являются три призмы. Ребро средней призмы опирается при взвешивании на агатовую (иногда стальную) хорошо полированную плоскую пластину или подушку, укрепленную на верхнем конце колонки 2. На концах коромысла на равных расстояниях от опорного ребра средней призмы укреплены две грузоприемные призмы. Опорные ребра призм находятся в одной плоскости и перпендикулярны плоскости коромысла. На крайние призмы с помощью сережек и дуг 8 подвешиваются чашки 12. На чашки помещают взвешиваемое тело и разновесы массой

1 г и выше.

Если коромысло весов не освобождать от нагрузки, то острые ребра всех трех призм от постоянного упора на подушки быстро затупятся, и чувствительность весов уменьшится. Наибольшую нагрузку несет средняя призма.

Чтобы предохранить призмы и подушки от преждевременного износа, аналитические весы снабжены специальным приспособлением – изолиром. * При изолировании весов поднимается кронштейн, на который ложатся серьги, а затем коромысло весов (см. приложение 3.6.1). В результате призмы и подушки не касаются друг друга (изолируются), их износ уменьшается. Стержень изолира располагается внутри колонки 2 и может быть поднят либо опущен с помощью эксцентрикового механизма. Изолирующее устройство смонтировано под основанием весов и приводится в действие с помощью маховичка 14.

При закрытом изолире коромысло и серьги (каждая) покоятся на трех опорных винтах. При этом между опорной призмой и подушкой должен быть виден небольшой просвет, одинаковый по всей длине опорного ребра призмы.

Если коромысло освободить от изолира, то рабочие ребра призм должны устанавливаться в одной горизонтальной плоскости. Для уравновешивания ненагруженных весов используются два подвижных балансировочных грузика 4, которые находятся на концах коромысла.

К середине коромысла жестко прикреплена длинная стрелка 10, на нижнем конце которой установлена прозрачная микрошкала (на рис. 3.1 не указана). Микрошкала служит для определения положения коромысла весов.

Чем меньше деления микрошкалы, тем с большей точностью можно производить взвешивание. Однако невооруженный глаз не в состоянии делать отсчеты по слишком мелкой шкале. Для того, чтобы пользоваться шкалой с малыми делениями, используются различные оптические увеличительные приспособления. В модели АДВ-200 аналитических весов имеется оптическое проекционное устройство – вейто́граф.

Оптическая схема аналитических весов АДВ-200 представлена на рис. 3.2.

В колонке весов на уровне шкалы имеется окно, позади которого устанавливается осветитель 1. Луч света от осветителя проходит через окно и через микрошкалу 2, далее проходит через линзу 3, отражается последовательно от двух зеркал 4 и 5 и падает затем на матовый экран вейтографа 6. Осветитель включается при снятии весов с изолира. При этом на экран вейтографа с помощью линзы проецируется увеличенное перевернутое изображение микрошкалы.

 

 

Рис. 3.2. Оптическая схема весов АДВ–200:

1 – источник света; 2 – микрошкала; 3 – объектив; 4 и 5 – зеркала для изменения направления лучей света; 6 – матовый экран вейтографа

 

Микрошкала весов АДВ-200 двухсторонняя с нулевым штрихом посередине. Вправо и влево от нулевого штриха микрошкала разделена на 10 больших делений, которые пронумерованы вправо от +1 до +10, а влево от –1 до – 10. Каждое большое деление разбито на 10 малых. Весы отрегулированы таким образом, чтобы при нагрузке одной чашки на 10 мг стрелка отклонялась от нуля точно на 10 больших делений. Цена одного малого деления микрошкалы С = 0,1 мг/дел, или С = 0,0001 г/дел.

На экране вейтографа имеется вертикальная нить или черта. Отсчет ведется по положению изображения штрихов микрошкалы относительно неподвижной нити. В положении равновесия изображение нулевого штриха микрошкалы должно совпадать с чертойна экране вейтографа.

При освобождении от изолира коромысло весов приходит в колебательное движение, которое может продолжаться довольно долго. При большом числе взвешиваний это отнимает очень много времени и утомляет наблюдателя. Для того чтобы сократить время колебаний коромысла и иметь возможность определять положение равновесия не по отклонениям стрелки, а по ее положению после прекращения колебаний, весы снабжены успокоителем колебаний - демпфером.

Воздушный демпфер весов АДВ-200 представляет собой два легких металлических цилиндра (стакана) 1, подвешенных к серьгам 2 коромысла весов 3 дном кверху (рис. 3.3). Стенки этих цилиндров входят в пространство между стенками двух других цилиндров (стаканов) 4, неподвижно укрепленных на колонке весов. Внешний и внутренний цилиндры не касаются друг друга.

При колебаниях коромысла, когда одна чашка весов опускается, ее подвижный цилиндр входит в неподвижно закрепленный цилиндр. Воздух внутри цилиндров сжимается. Вследствие этого внутри цилиндров возникает избыточное давление (), воздух стремится выйти наружу через узкий зазор между стенками цилиндров, воздушный поток между стенками направлен вверх. Разность давлений и силы вязкого трения препятствуют опусканию внутреннего цилиндра.

 

Рис. 3.3. Воздушные демпферы весов АДВ–200:

1 - подвижные цилиндры; 2 - серьги; 3 - коромысло весов; 4 - неподвижные цилиндры;

5 - колонка весов

 

Наоборот, когда чашка весов поднимается, ее внутренний цилиндр выходит из неподвижного цилиндра, возникающая разность давлений и силы вязкого трения тормозят движение внутреннего цилиндра вверх. В результате колебания коромысла быстро затухают. На точность весов наличие демпфера влияет мало, так как сила трения покоя в газах равна нулю, а давление воздуха внутри неподвижных цилиндров равно атмосферному.

К весам прилагается футляр с набором разновесов массой 1 г и выше. Эти разновесы помещают на чашку весов с помощью пинцета.

Миллиграммовые разновесы имеют вид колец 1 (рис. 3.4) и подвешены на специальных рычагах 2, которые расположены справа вверху на корпусе весов. Аналитические весы типа АДВ-200 снабжены механизмом для накладывания миллиграммовых разновесов. С помощью вращающихся лимбов 3 кольца опускают на горизонтальную планку, укрепленную на правой серьге коромысла весов (на рис. 3.4 не указана). Вращение лимбов осуществляется независимо друг от друга. Внешний лимб опускает на планку разновески в сотни миллиграмм, а внутренний – десятки миллиграмм. Разновес менее 10 мг не используется.

На рис. 3.4 показан пример подсчета миллиграммового разновеса. Против стрелки указателя на большом лимбе стоит цифра 5, это соответствует массе 500 мг. На малом лимбе против стрелки стоит 80, это соответствует массе 80 мг. Общая масса миллиграммового разновеса равна 500 мг + 80 мг = 580 мг.

Рис. 3.4. Механизм для накладывания миллиграммовых разновесов:

1 – кольца; 2 – рычаги; 3 – лимбы