Приборы для измерения массы

Общие сведения

Современные весы представляют собой сложный механизм, который, кроме взвешивания, может обеспечить регистрацию результатов взвешивания, сигнализацию в случае отклонения массы от заданных технологических норм и другие опе­рации.

1.1. Лабораторные равноплечие весы (рис. 4.1) состоят из коромысла 1, установленного с помощью опорной призмы 2 на попушке 3 основания весов. Коромысло имеет две грузоприемные призмы 5, 11 через которые с помощью подушек 4 и 12 подвески 6 и 10 соединяются с коромыслом 1. К коромыслу жестко кре­пится шкала 8 оптического отсчетного устройства. При измерении массы на одну чашку весов устанавливается взвешиваемый груз 9 массой m, а на вторую - уравновешивающие гири 7 массой m_г. Если m > m_г, то коромысло весов отклоняется на угол φ, (рис. 4.2).

Весы ВЛР-20 (рис. 4.3) имеют наибольший предел взвешивания 20 г, цену деле­ния делительного устройства 0,005 мг.

На основании 6 весов установлена полая стойка 9; в верхней части стойки крепится кронштейн с рычагами изолира 11 и опорная подушка 15. На основании 6 установлены осветитель 5, конден­сор 4 и объектив 3 оптического отсчетного устройства. На равноплечем коромысле 16 закреплена опорная призма 17, седла с грузоприемными призмами 13 и стрелка 1 с микрошкалой 2.

Регулирование положения равновесия подвижной системы на коро­мысле осуществляется тарировочными гайками 19 на концах коромысла. Регулируя положение центра тяжести коромысла путем вертикального перемещения регулировочных гаек 18, расположен­ных в середине коромысла, можно установить заданную цену деления весов. На грузоприемные призмы 13 опираются подушки 14 серег 12, на которых подвешены подвески с грузоприемными чашками 7.

Весы имеют два воздушных успокоителя 10. Верхняя часть успокои­теля подвешивается на серьге, а нижняя крепится на плате 8 в верхней части весов.

Механизм гиреналожения 20, расположенный на плате 8, позволяет навешивать на правую подвеску гири массой 10; 20; 30 и 30 мг, обеспе­чивая уравновешивание встроенными гирями в диапазоне от 10 до 90 мг. Массу наложенных гирь отсчитывают на оцифрованном лимбе, связан­ном с механизмом гиреналожения.

Оптическое отсчетное устройство служит для проецирования изобра­жения шкалы на экран с помощью осветителя, конденсора, объектива и системы зеркал и позволяет измерять изменение массы в диапазоне от 0 до 10 мг. Шкала имеет 100 отсчетных делений с ценой деления 0,1 мг. Делительный механизм оптического отсчетного устройства позволяет разделить одно деление шкалы на 20 частей и, увеличивая разрешающую способность отсчета, обеспечивает получение результата измерения с дис­кретностью 0,005 мг.

1.2. Лабораторные двухпризменные весы (рис. 4.5) состоят из несиммет­ричного коромысла 1, установленного с помощью опорной призмы 2 на подушке 5 основания весов. С одним плечом коромысла через грузоприемную призму 6 и подушку 11 соединена подвеска 9 с грузоприемнои чашкой. На этой же подвеске закреплена рейка 10, на которой навешены встроенные гири 7, общей массой т ₀. На другом плече коромысла закреплен противовес 4, уравновешивающий коромысло. К коромыслу 1 жестко крепится микрошкала 3 оптического отсчетного устройства. При измерении массы на чашку весов устанавливается взвешиваемый груз 8 массой т ₁, а с рейки с помощью гиревого механизма снимается часть гирь 7 массой т _т.

Если т ₁ > т _г, то коромысло весов, отклоняется на угол φ (рис. 4.6). При этом гравитационный момент устойчивости составит

(4.1)

где т _п, т _пр, т _к - масса подвески, противовеса, коромысла; т _о и т ₁ — масса всех встроенных гирь и груза; т _г - масса снятых гирь; а ₁ - расстояние от оси вращения коромысла до точек контакта грузоприемной призмы с подушкой подвески; а ₂ - расстояние от оси вращения ко­ромысла до центра тяжести противовеса; а _к - расстояние от оси враще­ния коромысла до его центра тяжести, α₁, α₂ - углы, зависящие от установки линий призм коромысла; g = 9,81 м/с².

Компенсирующий момент

(4.2)

Погрешность δ_у, зависящая от гравитационного момента устойчивости и угла отклонения φ, определяется по формуле:

(4.3)

Погрешность δ_к, зависящая от компенсирующего момента, составит

(4.4)

Весы ВЛДП-100 (рис. 4.4) с наибольшим пре­делом взвешивания 100 г, с именованной шкалой и встроенными гирями на полную нагрузку. В весах имеет­ся устройство предварительного взвешивания, позволяющее повысить скорость измерения массы и упростить операции взвешивания, связан­ные с подбором гирь, уравновешивающих подвижную систему весов.

На коротком плече коромысла 1 закреплено седло с грузоприемной призмой 9, а на длинном — противовес, диск воздушного успокоителя и микрошкала 4 оптического устройства. Во время взвешивания на грузоприемную призму 9 коромысла подушкой 10 опирается серьга 11, к ко­торой присоединена подвеска 7 с грузоприемной чашкой 6.

В весах имеется механизм гиреналожения 8, служащий для снятия с подвески и наложения на нее трех декад встроенных гирь массой 0,1-0,9; 1-9 и 10-90 г.

Механизм предварительного взвешивания имеет горизонтальный рычаг 3, который свободным концом упирается в коромысло. Второй конец рычага жестко крепится к торсионной пружине, ось вращения которой параллельна оси вращения коромысла.

 

Рис. 4.1. Равноплечие весы	Рис. 4.2. Схема действия сил в равноплечих весах
Рис. 4.3. Лабораторные равноплечие весы ВЛР-20	Рис. 4.4. Лабораторные весы ВЛДП-100
Рис. 4.5. Двухпризменные весы	Рис. 4.6. Схема действия сил в двухпризменных весах

 

Изолирующий механизм 5 имеет три фиксированных положения: ИП - исходное положение, ПВ - предварительное взвешивание, ТВ — точное взвешивание.

В исходном положении коромысло 1 и подвеска 7 находятся на упорах изолирующего механизма 5. Рычаг механизма предварительно­го взвешивания находится в нижнем положении, встроенные гири наве­шены на подвеску.

При взвешивании груза, помещенного на чашку, изолирующий ме­ханизм ставят сначала в положение ПВ. При этом рычаг 3 упирается в коромысло, с подвески снимаются встроенные гири, подвеска опуска­ется на грузоприемную призму коромысла. После этого коромысло опорной призмой 2 опускается на подушку, отклоняется на некоторый угол, при котором противодействующий момент, создаваемый торсион­ной пружиной механизма предварительного взвешивания, уравновешива­ет момент, пропорциональный разности т _к = т ₀ - т ₁, где т ₀ — масса встроенных гирь; т ₁ — масса взвешиваемого тела.

По шкале оптического отсчетного устройства и лимбу делительного устройства отсчитывают предварительное значение измеряемой массы, которое устанавливают на счетчиках механизма гиреналожения.

При переводе изолирующего механизма в положение ТВ сначала изолируют коромысло и подвеску, после чего на подвеску навешивают гири массой т _г. Рычаг 3 отводят вниз до упора, освобождая коромысло, подвеску соединяют с коромыслом через грузоприемную призму и по­душку, а коромысло опорной призмой садится на подушку и производят точное взвешивание.

Значение измеряемой массы отсчитывают по счетчику механизма гиреналожения, шкале и лимбу делительного устройства.

1.3. Квадрантные весы просты, надежны в эксплуатации, имеют высокую точность. В отличие от других лаборатор­ных весов грузоприемная чашка у квадрантных весов расположена в верхней части, что создает значительные удобства в эксплуатации. Квад­рантные весы применяют в технологических линиях, в системах центра­лизованного контроля, в управляющих системах, связанных с измерени­ем массы.

Квадрантные весы (рис. 4.7) состоят из несимметричного коромысла 1 (квадранта), установленного с помощью опорной призмы 2 на угловой подушке 3, закрепленной на основании весов. Подвеску 6 с помощью уг­ловых подушек 8 устанавливают на грузоприемную призму 7, закреплен­ную на коромысле 1. Грузоприемную чашку 9 в квадрантных весах кре­пят к верхней части подвески 6. Чтобы исключить возможность опрокидывания подвески при наложении на чашку 9 груза, нижнюю часть под­вески крепят к основанию весов через шарнирные соединения с по­мощью рычага 5, называемого стрункой. К квадранту жестко крепится микрошкала 4 оптического отсчетного устройства. На подвеске закреп­лена рейка, на которой расположены встроенные гири.

Использование в квадрантных весах угловых подушек и шарнирных соединений в нижней части подвески позволило в несколько раз увели­чить рабочий угол отклонения φ квадранта по сравнению с углом откло­нения в равноплечих или двухпризменных весах. Например, в квадрант­ных весах при воздействии на подвеску максимальной нагрузки угол отклонения равен 12°, а в равноплечих и двухпризменных весах он менее 3°. При большом угле отклонения естественно диапазон измере­ния массы по шкале также будет больше, что позволяет уменьшить коли­чество встроенных гирь, используемых в весах. Однако шарниры со стрункой являются источником дополнительных погрешностей, снижающим точность взвешивания. Поэтому выпускаемые квадрантные весы имеют в основном класс точности 4.

Лабораторные квадрантные весы модели ВЛКТ-5 (рис. 4.8), относятся к классу точности 4 и предназ­начены для измерений массы до 5 кг. В измерительную систему весов входят коромысло 3, подвеска 2 с грузоприемной чашкой 1 и „струнка" б. Призменная „струнка" является одной из сторон шарнирного паралле­лограмма. „Струнка" и стальные призмы коромысла опираются на угло­вые самоустанавливающиеся подушки. Для успокоения колебаний под­вижной системы весы имеют магнитный успокоитель 5. В весах также имеется механизм компенсации колебаний уровня рабочего места, уст­ройство компенсации массы тары и механизм гиреналожения. При взве­шивании специальные захваты с приводом от рукоятки механизма гире­наложения снимают с грузоприемной подвески или накладывают на нее встроенные гири 7 массой 1; 1 и 2 кг. Значения массы снятых гирь отсчи­тывают с оцифрованного барабана, связанного с механизмом гиренало­жения. В состав оптического отсчетного устройства входят лампа подсветки, конденсор, объектив и микрошкала 4, укрепленная на коромыс­ле. Изображение микрошкалы, увеличенное с помощью оптической сис­темы, передается на матовое стекло экрана 8, где указьшается значение массы, определяемой при отклонении коромысла от его начального по­ложения.

Цилиндрическая спиральная пружина 9, прикрепленная один концом к подвеске, является измерительным элементом делительного механиз­ма. Второй конец этой пружины, связанный приводом с оцифрованным барабаном механического счетчика, может перемещаться вертикально при вращении рукоятки счетчика делительного механизма. При враще­нии барабана механического счетчика на полную емкость, равную 100 де­лениям, пружина растягивается, передавая коромыслу усилие, эквива­лентное усилию, создаваемому изменением массы груза на 10 г, а ре­зультат измерения, производимого с помощью делительного механизма, отсчитывают на оцифрованном барабане механического счетчика с дис­кретностью 0,1 г. Микрошкала, закрепленная на коромысле, имеет 100 делений с це­ной деления 10 г. Поэтому диапазон измерения оптического отсчетного устройства и делительного механизма с дискретностью 0,1 г составляет 1000 г.

Аналогично устроены квадрантные весы модели ВЛКТ-500 (рис. 4.9), предназ­наченные для измерений массы до 500 г (погрешность измерения ±0,02 г).

Перед измерением массы тела по уровню 1 производят установку весов в горизонтальное положение с помощью регулируемых опор 4. Для ввода весов в действие необходимо шнур питания 5 подсоединить в электросеть и включить выключатель 2. Рукояткой 7 цифровой барабан механического счетчика устанавливают в положение «00»и маховичками 3 («грубо») и 6 («тонко») уст­ройства компенсации массы тары доводят нулевое деление шкалы в симметричную позицию. При этом рукоятка 9 механизма гире­наложения находится в положении для измерения в диапазоне 1-100 г. Исследуемое тело устанавливают на грузоприемную чашку 10 и рукояткой 7 совмещают деление шкалы с отсчётными рисками на экране 8.

Торсионные весы WT-250 (рис. 4.10) предназначены для взвешивания тел массой до 250 г и имеют погрешность измерения ±0,005 г. Корпус весов опирается на три опоры, две из которых 1 регулируемые и предназначены для установки весов в горизонтальное положение по уровню 2.

Кожух весов имеет стеклянный экран 4, сквозь который виден лимб измерительного механизма. Перед взвешиванием поворачивают фиксатор 9 для разблокирования подвески и с помощью маховика 10 уст­ройства компенсации массы тары устанавливают указатель 5 в нулевое положение. Измеряемое тело 7 помещают на подвеску 6 и закрывают предохранительную крышку 8. Вращая маховик 3 подвижного лимба добиваются возврата указателя 5 в нулевое положение. При этом по стрелке на лимбе измерительного механизма определяют величину массы тела.

1.4. Электронные цифровые весы. Существенное преимущество весов состоит в том, что при операциях не требуются встроенные или накладные гири. Поэтому при серийном выпуске весов и при их эксплуатации существенно экономится металл, сокращается количество гирь, подлежащих государственной поверке.

Электронные циф­ровые весы 4-го класса точности модели ВБЭ-1 кг (рис. 4.11, а), основанные на рассмотренном выше принципе действия. Эти весы имеют весо­вое устройство I, укреплен-ное на основании 2, и электрическую часть, состоящую из пяти печатных плат 3, 13,14 с разъемами и установочными кронштейнами, трансформатор 15, датчик 4, преобразующий линейные перемещения в электрический сигнал.

Весовое устройство имеет стойку, на которой крепится кронштейн 12 и магнитная система 16 с рабочей катушкой 5. Подвижная система ве­сов состоит из двух рамок 6, кронштейна 7 и шести пружин 8, две из которых являются промежуточными звеньями упруго-гибкой связи между рамками и кронштейном. Рабочая катушка крепится к вклады­шу 9, который жестко связан с крон-штейном 7. Подвижная система весов крепится через пружины 8 так, что катушка в рабочем зазоре магнитной системы может перемещаться только в вертикальном направлении. В верхней части кронштейна 7 размещается подставка 10, на которой устанавливается грузоприемная чашка 11.

Электрическая часть весов выполнена на печатных платах, располо­женных в корпусе весов. Электрические элементы, выделяющие тепло, размещены в задней части весов и отделены от весового устройства теп­ловым экраном.

В весах имеется электронное устройство, компенсирующее силовое воздействие, создаваемое тарой. При наложении на грузоприемную чаш­ку тары значение ее массы появляется на цифровом отсчетном устройст­ве, а после нажатия кнопки „Тара” это значение передается на запомина­ющее устройство, а на цифровом отсчетном устройстве устанавливаются нули и весы готовы к измерению массы груза. Устройство компенсации тары, входящее в весы, компенсирует на­грузку массой до 1000 г.

Электрон­ные цифровые весы 4-го класса ВЛЭ-1 кг с улучшенными техни­ческими характеристиками (рис. 4.11, б). Эти весы могут быть широко использованы в замкнутых технологических процессах агропромышлен­ных комплексов. В них имеется выход для подключения цифропечатающих устройств и ЭВМ, полуавтоматическая калибровка и компенсация массы тары по всему диапазону взвешивания. Терминал обеспечивает автоматическую разбраковку предметов по массе и подсчет количества предметов по заданному значению массы одного предмета.

2. Содержание работы. Изучить назначение, устройство и эксплуатацию приборов для измерения массы различных тел.

3. Порядок выполнения работы: ознакомиться с п. 1; используя формулы (4.1)-(4.4) по начальным условиям (табл. 4.1) для двухпризменных весов определить: момент устойчивости М_у, компенсирующий момент М_к, а также погрешности δ_у и δ_к, составить отчёт.

 

Рис. 4.7. Лабораторные квадрантные весы	Рис. 4.8. Схема квадрантных ве­сов ВЛКТ-5
Рис. 4.9. Общий вид весов ВЛКТ-500
Рис. 4.10. Торсионные весы WT-250: 1 – регулируемая опора; 2 – уровень; 3 - маховик подвижного лимба; 4 – экран; 5 - указатель; 6 – подвеска; 7 - исследуемое тело; 8 – крышка; 9 – фиксатор; 10 - маховик устройства компенсации массы тары
Рис.4.11. Электронные весы: а - ВБЭ-1 и б - ВЛЭ-1. а б

Таблица 4.1. Исходные данные для выполнения работы

№ вари­анта	т п, г	т пр, г	т к, г	т о, г	а к, м	а 1, м	а 2, м	α1= α2,º	φ,º
					0,15	0,08	0,16	1,0
					0,26	0,11	0,22	0,9	2,9
					0,32	0,17	0,32	0,8	2,8
					0,18	0,15	0,30	0,7	2,7
					0,20	0,12	0,22	0,6	2,6
					0,16	0,09	0,17	0,5	2,5
					0,27	0,12	0,24	1,5	2,9
					0,33	0,18	0,34	1,4	2,8
					0,19	0,16	0,31	1,3	2,7
					0,23	0,14	0,24	1,2	2,6
					0,17	0,07	0,15	1,1	2,5
					0,28	0,13	0,27	1,0	2,4
					0,34	0,19	0,36	2,0	3,2
					0,20	0,17	0,34	1,8	3,1
					0,21	0,15	0,25	1,7	3,0
					0,29	0,14	0,28	1,6	2,9
					0,35	0,20	0,37	1,5	2,8
					0,21	0,18	0,36	1,4	2,7
					0,24	0,13	0,26	1,3	2,6
					0,19	0,07	0,16	1,2	2,5
					0,30	0,15	0,29	1,1	2,4
					0,36	0,21	0,39	1,0	2,3
					0,22	0,19	0,38	0,9	2,2
					0,21	0,11	0,23	0,8	2,1
					0,14	0,09	0,18	0,7	2,0
					0,31	0,16	0,30	0,6	3,0
					0,37	0,22	0,41	0,5	2,9
					0,23	0,20	0,43	1,5	2,8
					0,25	0,10	0,20	1,4	2,7
					0,18	0,06	0,14	1,3	2,6

 

4. Содержание отчета:

- описать назначение, конструкцию приборов и нарисовать их схе­мы (рис. 4.1

и 4.5);

- выполнить расчёты по определению М_у, М_к, δ_у и δ_к;

- дать ответы на контрольные вопросы.

 

Контрольные вопросы

1. Как регулируется положение равновесия подвижной системы на коро­мысле в весах ВЛР-20?

2. На каком плече коромысла закреплено седло с грузоприемной призмой в весах ВЛДП-100?

3. В чём конструктивное отличие квадрантных весов от двухпризменных?

4. Как устроены квадрантные весы модели ВЛКТ-5?

5. Как производится взвешивание на весах ВЛКТ-500?

6. Как устроены электронные весы модели ВБЭ-1?

 

 

Лабораторно-практическая работа №5

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: