Г. Кристиан - Аналитическая химия, том 1 (1108737), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Она не зависит от местоположения объекта. Электронные весы — это очень удобно Современные электронные весы удобны в работе, их показания более точны, а устройство более надежно, чем у механических весов. При работе с ними не требуется таких характерных для механических весов операций, как считывание масс разновесов, вращение микрометрических винтов и считывание их показаний, арретирование чашек. За счет этого измерения значительно ускоряются.
Общий вид электронных весов с цифровым табло показан на рис. 2. 1, а принцип их работы схематически представлен на рис. 2.2. В отличие от механических весов, в них отсутствуют разновесы и призмы. Чашка весов соединена с подвижным рычагом (рис. 2.2, 2), вся подвижная система уравновешена при помощи электромагнита.
Положение рычага контролируется специальным устройством — электрическим сканером (рис. 2.2, 1). Он также управляет электромагнитом, поддерживая силу тока в его обмотке таким образом, чтобы чашка весов при любой нагрузке находилась в исходном положении. Сила тока, протекающего через обмотку электромагнита, пропорциональна весу предмета, находящегося на чашке весов. Эта величина преобразуется в цифровую форму и передается микропроцессору, в свою очередь преобразующему сигнал в соответствующее значение веса.
Оно отображается на цифровом табло. При этом возможно автоматическое вычитание веса тары. Таким образом, в основе действия электронных весов лежит принцип компенсации под действием электромагнитной силы, впервые описанный Ангстремом в 1895 г. Но в процессе их работы происходит сравнение веса одного тела с 2гк АНАПИТИЧЕСКИЕ ВЕСЫ вЂ” НЕОБХОДИМЫЙ ИНСТРУМЕНТ Электронные аналитические весы выпускаются для разных диапазонов масс и с разной ценой деления.
Макровесы позволяют взвешивать объекты массой до 160 г при цене деления 0,1 мг, а полумикровесы — до 30 г при цене деления 0,01 мг. Микровесы позволяют взвешивать с точностью до 1 мкг, а ультрамикровесы — от 0,1 мкг и ниже. На пьезоэлектрических кварцевых весах можно взвешивать объекты массой до 100 мкг. Они позволяют зафиксировать изменения массы порядка 1 нг (1 10 з г)! Чувствительным элементом весов является тонкий диск из кристаллического кварца, на который посредством осаждения из пара нанесена тончайшая пленка золота.
Диск совершает колебании при строго определенной частоте, например, 10 МГц. Эта частота изменяется при малейшем изменении массы диска. Изменение частоты колебаний измеряют и преобразуют в величину массы. Таким способом можно зафиксировать очень малые изменения массы — порядка нескольких процентов от массы моноатомного или мономолекулярного слоя покрытия золотой подложки.
Можно следить за изменением массы объекта во времени. Одночашечные механические весы Несмотря на то что механические весы постепенно вытесняются электронными, они до сих пор находят широкое применение. Поэтому было бы неправильным оставить механические весы без рассмотрения. Взвешивание свиньи но методу Бернса: 1) Возьми совершенно прямую доску и уравновесь ее, положив на лесопильные козлы.
2) Положи свинью иа один конец доски. 3) Клади булыжники на другой конец доски ло тех пор, пока оиа не придет в равновесие. 4) После этого тебе осталось узнать общий вес булыжников. Механические аналитические весы представляют собой по существу рычаг первого рода, используемый для сравнения двух масс. Рис. 2.3 иллюстрирует принцип их действия. Точка опоры А находится между точками приложения сил В и С. Символом М, обозначена неизвестная, а М вЂ” известная масса. Принцип действия весов основан на том, что в условиях равновесия М,2,1 = МзСг Если сконструировать рычаг так, чтобы Е,, = Ц, то при равновесии Мз = Мг На коромысле весов помещена указательная стрелка, позволяющая судить о наличии равновесия.
В ходе взвешивания подбирают значение Мз до тех пор, пока стрелка не возвратится в исходное положение, т. е. положение при отсутствии нагрузки на чашке весов. На самом деле при помощи весов измеряют не массу, а вес. Однако значения весов при заданных условиях взвешивания пропорциональны значениям масс. Поэтому в обиходе термины «масса» и «вес» используют как синонимы, а операцию измерения массы называют «взвешиванием».
Гирьки известной массы называются разновесами. ОСНОВНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ И ОПЕРАЦИИ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА В ь1 ьз С Рис. 2.3 Принцип действия механических аналитических весов Мз В большинстве случаев механические аналитические весы являются одночашечными. Типичная схема устройства таких весов изображена на рис. 2.4, а внешний вид стандартных одночашечных весов — на рис. 2.5.
В отличие от рассмотренного выше случая, рычаг, используемый в одночашечных весах, является несимметричным. Он опирается на ребро призмы, а вес чашки весов, на которую помещают объект, действует на один из концов коромысла рычага. Когда чашка весов не нагружена, к этому концу приложена сила тяжести набора разновесов общей массой 160-200 г. На другом конце рычага чашка отсутствует. Вместо нее там находится постоянный груз-противовес, уравновешивающий чашку и разновесы. Он же является частью поршня-амортизатора.
Когда на чашку весов помещают взвешиваемый объект, часть разновесов необходимо снять, чтобы восстановить равновесие. Это осуществляется при помощи ручек, расположенных на передней панели весов. При их вращении определенные разновесы (или их сочетания) поднимаются вверх и снимаются с коромысла. Таким образом, манипуляции с разновесами никогда не производят- Ручки управлен разновесами Арретирование и освобождени чашки РИС. 2.4.
Типичная схема устройства одночашечных весов 2.3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ВЕСЫ вЂ” НЕОБХОДИМЫЙ ИНСТРУМЕНТ ся руками. Суммарный вес разновесов, снятых с коромысла, равен весу предмета, находящегося на чашке весов. Обычно массы разновесов кратны 1 г или О,1 г в зависимости от типа весов. Поэтому нельзя добиться полного уравновешивания коромысла путем снятия разновесов. Остаточный дисбаланс автоматически регистрируют при помощи оптической системы. На один из концов коромысла нанесена оптическая шкала, деления которой освещаются лампой и проецируются на экран со шкалой-нониусом. Последние десятичные цифры значения массы (до 0,1 мг) считывают с этой шкалы и прибавляют к массе снятых разновесов. Величина остаточного дисбаланса может отображаться и на цифровом табло. Исходное положение ненагруженной чашки весов и соответствующее ему положение шкалы называются нулевой точкой весов, а положение под нагрузкой — точкой покои.
При взвешивании точку покоя устанавливают так, чтобы она совпала с нулевой точкой. Обычно положение нулевой точки предварительно устанавливают так, чтобы показание шкалы было нулевым. Для этого перемещают нониус при помощи специальной вращающейся ручки. Перед взвеигиванием всегда проверяйте положение нулевой точки В состоянии равновесия одночашечные весы находятся под постоянной нагрузкой 1бΠ— 200 г, независимо от массы взвешиваемого предмета. Однако положение центра тяжести коромысла изменяется в зависимости от веса предмета.
Соответственно, несколько изменяется и чувствительность весов. Все разновесы одночашечных весов находятся внутри корпуса. Их положение управляется только ручками, расположенными на передней панели. Одна ручка предназначена для манипуляций с разновесами массой в десятки граммов (т. е, от 10 до 90 г), другая — единицы граммов (от 1 до 9 г), третья (если имеется) — сотни миллиграммов (от 0,1 до 0,9 г).
Масса разновесов, снятых с коромысла, отображается при помощи счетчиков, также расположенных на передней панели. Равновесие коромысла устанавливается достаточно быстро благодаря наличию воздушного поршневого демпфера. С весами следует обращаться осторожно, чтобы не повредить ребра призм в те моменты времени, когда весы не находятся в работе, а также когда объекты помещают на чашку или снимают с нее. Для защиты призм и коромысла предназначена рукоятка переключателя арретира„имеющая три положения.
В среднем положении как коромысло, так и чашка арретированы. В одном из двух других положений чашка весов частично освобождается. Это положение используют тогда, когда приближенно определяют вес объекта. В последнем положении чашка полностью освобождается, чтобы весы могли прийти в равновесие. При использовании одночашечных весов взвешивание может быть выполнено менее чем за минуту. Полумикро- и микровесы В предыдущих разделах основное внимание уделялось обычным макровесам или аналитическим весам.
Они позволяют проводить измерения масс до 100 — 200 г с точностью до 0,1 мг. Для решения большинства повседневных аналитических 2.3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ВЕСЫ вЂ” НЮБХОДИМЫЙ ИНСТРУМЕНТ величинах выталкивающих сил приведут к небольшой погрешности взвешивания. Такая ситуация возникает при взвешивании объектов как с очень высокой плотностью (например, платиновых сосудов — плотность платины составляет 21,4 г!смз, нли ртути с плотностью 13,6 г!смз), так и с низкой плотностью (например, воды, плотность -1 г/смз). Для сравнения: плотность разновесов, обычно применяемых для взвешивания, составляет около 8 г!смз. При очень тщательной работе эту погрешность следует учитывать в виде соответствующей поправки. Вычисление поправок на выталкивающую силу воздуха для одночашечных весов описано в работе [141, а калибровка разновесов на одночашечных весах — в работе [10). Выталкивающую силу, действующую на тару для взвешивания, не следует принимать во внимание, поскольку при вычислении массы объекта по разности ее величина сокращается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
