14.1.3. Классификация рычажных весов по конструктивным признакам

В зависимости от типа опор весового рычага различают весы с жесткими и упруго деформируемыми опорами. Наиболее распространенными жесткими опорами являются призмы. Иногда в качестве опор применяют пару керн подпятник (весы с опорами на кернах). Весы, имеющие в качестве опор призмы, бывают равноплечими, двухпризменными и квадрантными.

Р авноплечие весы (рис. 14.3) конструктивно выполняются следующим образом. Симметричный рычаг 5 с двумя грузоприемными призмами 2 установлен опорой 4 на неподвижную плоскую подушку 3. На грузоприемных призмах 2 с помощью плоских подушек 1 установлены симметричные подвесы 6, несущие груз 10 и гирю 7. Стрелка 8 с микрошкалой 9 является частью рычага 5.

Двухпризменные, или одночашечные, весы (рис. 14.4) представляют собой несимметричный рычаг 4 с опорной и грузоприемной 2 призмами, который опирается на неподвижную плоскую подушку 7. На грузоприемную призму 2 устанавливается с помощью плоской подушки 1 грузоприемный рычаг 10, снабженный специальной рейкой 8 со встроенными грузами 9. На одном из концов рычага 4 установлена микрошкала 6. Несимметричный рычаг уравновешивался противовесом 5. Работа весов осуществляется следующим образом. При установке на грузоподъемной чашке груза с помощью специального устройства с рейки 8 снимается такое количество гирь, чтобы их суммарная масса примерно соответствовала массе груза. Имеющаяся разность в массе груза и гирь определяется по шкале 6.

Для счета больших количеств одиаковых деталей можно использовать счетные весы. Весы состоят из двух рычагов (рис. 14.5). Нижний рычаг имеет отношение плеч FE:FC=1:10. К его призме Е подвешена большая чашка 4 для подсчета деталей. На расстоянии FL=EF помещена призма, к которой подвешена малая чашка 3. Так как плечи FL=EF равны, то для уравновешивания находящихся в большой чашке деталей необходимо в малую чашу 3 поместить такое же количество деталей. Эта чаша называется чашей единиц 3. Верхний рычаг тоже имеет отношение плеч АО : OD=1 : 10. К концевой призме D рычага подвешена чаша 2. На полотне верхнего рычага на расстоянии ОВ=ОА помещена дополнительная призма для навески еще одной чаши 1.

Рис. 14.5. Счетные весы.

К вадрантные весы, или весы с верхним расположением грузоприемной чашки (рис. 14.6), Крутильные весы применяют для быстрого взвешивания навесок до 5 мг. На рис. 14.7 представлена схема крутильных весов. Коромысло 1 жестко прикреплено к упругой туго натянутой нити 2, закрепленной по концам. Навеска груза помещается в чашку 3, подвешенную к коромыслу. Мерой массы является угол закручивания упругой нити.

Весы с плоской спиральной пружиной (торсионные) выпускают с пределами взвешивания от 5 мг до 5 г (рис. 14.8). В этих весах плоская спиральная пружина 1 выполняет функции чувствительного элемента. Она одним концом прикреплена к стальной закаленной оси 6, другим— к стрелке 2. Ось 6 вращается в подпятниках 8 и 13. Один из них неподвижен, а второй запрессован в рукоятку 9 и вращается вместе с ней во втулке, установленной в рамке 12. Со свободным концом плоской спиральной пружины 7 связана рукоятка. Второй конец пружины закреплен на оси. Этот механизм предназначен для установки весов на нулевую отметку. Взвешиваемый груз помещают на коромысло 11 с крючком 10, закрепленное на оси. Система, состоящая из алюминиевого сектора 5, сидящего на оси, и магнита 4, укрепленного на корпусе весов, служит для магнитного успокоения.

Рис. 14.7. Крутильные весы

Рис. 14.8. Торсионные весы

Рычажные весы отличаются предельной простотой конструкции и высокими метрологическими характеристиками: устойчивостью, чувствительностью, верностью и постоянством весов.

Устойчивость - это способность весов, выведенных из состояния равновесия, возвращаться после малого числа колебаний в первоначальное положение.

Для достижения устойчивости весовой рычаг должен находиться в состоянии устойчивого равновесия, т. е. центр тяжести рычага должен быть ниже точки опоры на линии, проходящей через эту точку. Степень устойчивости зависит от того, насколько удален центр тяжести от опоры: чем ниже находится центр тяжести, тем больше устойчивость весов и тем большую надо приложить силу, чтобы вывести весы из равновесия.

Чувствительность - отношение линейного или углового перемещения указателя к изменению измеряемой величины, вызвавшему это перемещение. Чем больше это отношение, т. е. чем меньше разность в массе тел, находящихся на чашках весов, которую весы способны обнаружить, тем они чувствительнее. Для точного взвешивания желательно иметь весы, чувствительность которых не зависит от массы груза. Этому требованию удовлетворяют весы, у которых опорная призма располагается на одной линии с грузоподъемной. Однако, обладая высокой чувствительностью, такие весы недостаточно устойчивы. Дальнейшее повышение чувствительности весов может идти за счет повышения точности отсчетного приспособления, в частности путем использования оптических систем. Чувствительность может быть повышена путем соответствующего выбора материалов призмы и подушек. У точных весов призмы изготавливаются из стали У7А с последующей закалкой до твердости 60-62 HRC, а подушки - из яшмы и халцедона (64-67HRC).

Верность весов характеризуется правильным соотношением плеч рычага и обеспечивается точным изготовлением весового рычага и тщательной юстировкой весов при сборке. При точном взвешивании существенные погрешности могут появиться вследствие различия температур по обе стороны от опорной призмы.

Постоянство весов определяется совпадением результатов нескольких последовательных взвешиваний одного и того же тела. При повторном взвешивании результаты могут отличаться от полученных ранее, хотя это различие обычно незначительно. Небольшие расхождения результатов повторных взвешиваний служат косвенной характеристикой высокой чувствительности весов. Напротив, совпадение результатов повторных взвешиваний может явиться следствием недостаточной чувствительности весов.

Для точного и быстрого взвешивания большое значение имеет период колебаний весового рычага. Период колебаний равноплечего весового рычага тем больше, чем больше масса взвешиваемого груза и длина плеча весового рычага, чем меньше расстояние от опорной призмы до центра тяжести весового рычага. Период колебаний возрастает с увеличением чувствительности весов. С этой точки зрения, высокая чувствительность может оказаться нежелательной для весов, от которых требуется быстродействие, так как процесс взвешивания занимает значительное время.