Какие бывают весы?
Весы (обычно этот термин используется в Великобритании и Австралии, «измерительный прибор» в Южной Азии или «шкала» в США) являются измерительным прибором для определения массы объекта. Они используются во многих промышленных и коммерческих предприятиях. Разнообразная продукция, начиная от изделий из перьев и заканчивая тракторными прицепами, продается на вес. Специализированные медицинские и электронные весы используются для измерения массы тела человека.
Название «весы» происходит от блюда, на которое помещали объекты, требующие взвешивания, и гирьки. Оксфордский словарь английского языка дает такое определение: «Устройство для взвешивания. Чаша или две чаши и балансир». Пружинные весы или пружинный безмен измеряют силу, уравновешивая силу земного притяжения за счет силы пружины. Весы с противовесом или электронные сравнивают массы за счет уравновешивания силы тяжести и массы объекта относительно силы тяжести. Любые весы, как с противовесом, так и электронные, могут быть откалиброваны для использования в единицах силы, таких как Ньютоны, или в единицах массы, таких как килограммы. Но весы с противовесом или с традиционным маятником для сравнения масс будут правильно показывать массу, даже если их переместить в другое (не нулевое) гравитационное поле (но они не будут давать верные данные, если они откалиброваны в единицах силы). В то же время пружинные весы будут правильно показывать силу в различных гравитационных полях (но не будут, если они откалиброваны в единицах массы).
Электронные
Микровесы
Микровесы представляют собой инструмент, способный делать точные измерения объектов относительно небольшой массы: порядка миллионной части грамма.
Аналитические
Аналитические весы являются классом приборов, предназначенных для измерения малой массы порядка суб-миллиграмма. Измерительная чаша аналитических весов (0,1 мг или меньше) находится внутри прозрачного корпуса с дверцей, сделанного так, чтобы пыль не попадала внутрь. Поэтому любые воздушные потоки в комнате не влияют на работу весов. Такой корпус часто называют защитным кожухом. Использование вентилируемого корпуса безопасности, который имеет аэродинамическую поверхность уникального дизайна, позволяет создание плавного воздушного потока без турбулентности, который предотвращает их колебания. Это дает возможность измерять массу точностью до 1 мкг без колебаний или потери продукции. Кроме того, взвешиваемый образец должен быть комнатной температуры, чтобы предотвратить естественную конвекцию от формирования воздушных потоков внутри корпуса, и связанную с этим ошибку взвешивания. Механические весы с одной чашей поддерживают последовательный ответ всей полезной мощности, что достигается за счет поддержания постоянной нагрузки на балку и, таким образом, на точку опоры, путем вычитания массы на той же стороне балки, к которой добавляют образец.
Электронные аналитические весы измеряют усилие, необходимое для противодействия измеряемой массе, а не фактическую массу. Поэтому они должны иметь корректировку калибровки для компенсации гравитационных различий. Они используют электромагнит для создания силы противодействия измеряемому образцу и выводят результат, измеряя усилия, необходимые для достижения равновесия. Такое измерительное устройство называется электромагнитным датчиком восстановления сил.
Тензометрические
В электронной версии пружинных весов, отклонение балки, поддерживающей неизвестную массу, измеряется с помощью тензометрического датчика, который измеряет электрическое сопротивление и чувствителен к длине. Возможности таких устройств ограничены только сопротивлением балки к отклонению. Результаты нескольких вспомогательных точек можно добавить в электронном виде, так что этот метод пригоден для определения веса очень тяжелых объектов, таких как грузовые автомобили и железнодорожные вагоны, и используется в современных весах.
Магазинные
Этот тип используются в хлебобулочных и бакалейных магазинах, при продаже деликатесов, морепродуктов, мяса, овощей и фруктов, а также других скоропортящихся товаров. Магазинный тип может печатать этикетки и квитанции, массу, марку / количество, цену за единицу, общую стоимость и в некоторых случаях использование тары. Некоторые современные весы в супермаркетах распечатывают тег RFID, который может быть использован для отслеживания товара при фальсификации или возврате. В большинстве случаев эти типы весов имеют герметичную калибровку, сделанную таким образом, чтобы показания дисплея являлись правильными и не могли быть подделаны. В США такие приборы сертифицированы Национальной конференцией весов и измерений, в Южной Африке - Южноафриканским бюро стандартов, а в Великобритании -Международной организацией законодательной метрологии.
Механические
Ручные пружинные
Ручные пружинные весы измеряют массу при помощи расстояния, на которое пружина отклоняется под нагрузкой. Это контрастирует с балансовым типом, который сравнивает крутящий момент на рычаге при весе образца с крутящим моментом при стандартном весе с использованием горизонтального рычага. Пружинные весы измеряют усилие, которое является силой растяжения-сжатия, действующей на объект, относительно местной силы тяжести. Они обычно калибруются таким образом, что измеряемая сила переводится в массу при земной гравитации. Объект, который нужно взвесить, просто свисает с пружины или находится на платформе со стержнем.
В пружинных весах, пружина либо растягивается (как при взвешивании в овощном отделе продуктового магазина) или сжимается (как в простых напольных весах). По закону Гука, каждая пружина имеет коэффициент пропорциональности, который показывает, насколько трудно растянуть ее и на какое расстояние. Используется пружина с известной жесткостью (см. закон Гука), и смещение пружины измеряют любым различным способом для получения оценки гравитационной силы, связанной с объектом. Реечные механизмы часто используются для преобразования линейного движения пружины в круговую шкалу.
В пружинном типе есть два источника ошибок, которых нет в балансовом: измеряемый вес варьируется в зависимости от локальной гравитационной силы (на целых 0,5% в разных местах на Земле), а упругость измерительной пружины может немного меняться от температуры. При правильном изготовлении и настройке, однако, пружинные весы могут считаться законными для торговли. Для снятия температурной погрешности, допущенные в торговлю пружинные весы должны либо иметь температурную компенсацию пружины, либо или использоваться при достаточно постоянной температуре. Для устранения влияния вариаций силы тяжести, допущенные в торговлю пружинные весы должны быть откалиброваны там, где они используются.
С маятниковым балансом
В весах маятникового типа не используется пружина. В этой конструкции применяются маятники, которые работают в качестве баланса и не зависят от различий в силе тяжести. Весы этой конструкции изготавливаются, например, Компанией Весов в Толедо.
Гидравлические или пневматические
Там, где необходима большая нагрузка, например, для измерения кранов, используется гидравлическая сила для определения массы. Тестовая сила прикладывается к поршню или диафрагме и передается через гидравлические линии к стрелочному индикатору на основе трубки Бурдона или к электронному датчику.
Рычажные
Рычажные весы (также балансовые, коромысловые или лабораторные) были первым массовым измерительным прибором. В своей традиционной форме, они состоят из горизонтального рычага с равными плечами, называемыми балками, и чаши весов, подвешенной на каждом плече. (Такая конструкция связаны с тем фактом, что слово «весы» употребляется во множественном числе). Неизвестная масса находится на одной чаше, а стандартную меру массы кладут на другую чашу, пока балка не приблизится к максимально возможному равновесию. В прецизионных весах, массивный ползунок перемещается вдоль градуированной шкалы. Положение ползунка дает тонкую поправку к значению массы. Хотя технически сравнивается вес, а не масса, вес объекта пропорционален его массе, а гири, используемые в таких случаях, обычно имеют обозначения в единицах массы.
Рычажный тип используют для точного измерения массы, поскольку, в отличие от пружинных, их точность не зависит от различий в силе тяжести, которая может варьироваться почти на 0,5% в различных местах на Земле. Изменение силы гравитационного поля, вызванное движением рычага, не изменит измеряемую массу, поскольку моменты сил по обе стороны балки подвержены этому влиянию одинаково. В самом деле, рычажные весы будут измерять массу правильно даже на других планетах или на луне, или в любом месте, где есть постоянная сила тяжести или ускорение.
Высокая точность измерений достигается за счет того, что точка опоры баланса, по существу не имеет трения (острие ножа является обычным способом проверки). Указатель присоединяют к балке, которая усиливает любое отклонение от положения равновесия. Далее используется принцип рычага, который позволяет приложение дробной массы к движению малой массы вдоль измерительного плеча балки, как описано выше. Для большей точности должна быть подсчитана плавучесть в воздухе, действие которой зависит от плотности участвующих масс.
Оригинальная форма рычажных весов состояла из балки с точкой опоры в центре. Для достижения максимальной точности, точка опоры будет состоять из стержня резкой V-образной формы, установленного в мелком подшипнике V-образной формы. Для определения массы объекта, сочетание исходных масс вешается на одном конце балки, в то время как объект неизвестной массы находится на другом конце. Из-за высокой точности работы рычажные весы с центральной балкой по-прежнему являются одним из самых точных доступных приборов и обычно используются для калибровки гирь.
В некоторых механических рычажных весах также используется циферблат (с уравновешивающими гирями вместо пружин), гибридная конструкция с преимуществами точности уравновешивания и удобством считывания результата.
