Весы и взвешивание

В статье рассмотрена весовая комната, весы для точного взвешивания, аналитические весы и правила взвешивания на них.

Весовая комната

В лабораторной практике применяют различные виды весов. Наиболее распространенными являются техно-химические, аналитические и торзионные весы.

Весы требуют тщательного ухода. Они не должны подвергаться тряске, запылению, действию кислых паров. Особо осторожного Обращения требуют аналитические и техно-химические весы. Техно-химические весы надо устанавливать на отдельном столике рядом с рабочим столом. Аналитические весы устанавливают в отдельной комнате, так называемой весовой. В весовой комнате не должно быть никакой мебели и оборудования, не относящихся непосредственно к процессу взвешивания. На двери и на окнах рекомендуется иметь тяжелые портьеры, чтобы предохранить весы от резкого тока воздуха при закрывании и открывании двери, а также от попадания прямого солнечного света. Температура весовой комнаты не должна быть подвержена резким колебаниям.

Для аналитических весов устанавливают специальные кронштейны, укрепленные на капитальной стене. Трогать весы с места, где они установлены, нельзя. Для каждых весов следует иметь свой кронштейн, а рядом, слева, – кронштейн для эксикатора. Можно установить кронштейн во всю длину стены для нескольких весов. В таком случае весы надо поставить на таком расстоянии друг от друга, чтобы слева от каждых весов можно было поставить эксикатор, а справа – ящик с разновесами. На кронштейн нельзя облокачиваться, ставить нагретые до высокой температуры предметы. Около весов не должно быть отопительных приборов. В середине весовой комнаты или около некапитальной стены ставят стол с техно-химическими весами. На этот стол можно ставить эксикатор с бюксами, тиглями и т. д.

Весы для точного взвешивания

Такими весами являются аптечные и техно-химические весы (рис. 40).

Рис. 40. Техно-химические весы. 1 – чашки; 2 – установочные винты; 3 – ручка арретира; 4 – шкала; 5 – стрелка; 6 – отвес; 7 – балансировочные гайки; 8 – коромысло.

Предельная нагрузка аптечных весов может быть различна, но не более 100 г. При работе с аптечными весами их подвешивают на штатив или на палец левой руки. Стрелки у ненагруженных весов должны быть в строго вертикальном положении. Взвешиваемый материал насыпают на чистый лист бумаги или на часовое стекло. Тара, в которой производят взвешивание, должна быть предварительно уравновешена или взвешена, а ее масса записана. Подбирают разновесы или набирают нужное количество материала до тех пор, пока весы не придут в равновесие.

Техно-химические весы более совершенны, чем аптечные: они имеют так называемый арретир, поддерживающий чашки весов, когда они не работают. Таким образом в нерабочем состоянии коромысла весов не нагружены. Чтобы на весах можно было взвешивать, нужно опустить арретир при помощи имеющейся спереди весов рукоятки.

Для взвешивания на аптечных и техно-химических весах применяют точный разновес. Разновес представляет собой набор гирь, хранящихся в ящике с крышкой (каждый разновес имеет свое гнездо). Граммовые гири никелированные, миллиграммовые представляют собой пластинки из алюминия или никеля. Каждая миллиграммовая гиря имеет загнутый краешек, за который ее берут пинцетом, когда кладут на весы. Гири точного разновеса нельзя брать руками, их можно брать только пинцетом. Точный разновес нельзя оставлять открытым, когда им не пользуются. По окончании взвешивания каждую гирьку кладут в то гнездо, из которого она была взята. Массу предмета подсчитывают путем складывания массы всех разновесов.

Записывать массу принято в г, обозначая миллиграммовые разновесы в виде десятых и сотых долей г.

Правила взвешивания на техно-химических весах

Перед тем, как начинать взвешивание, нужно проверить правильность работы весов. Для этого освобождают арретир и наблюдают положение стрелки весов. Если весы работают правильно, то стрелка будет стоять на нуле шкалы или будет отклоняться на одинаковое количество делений по обе стороны от нуля. Если стрелка не встает на нуль, то следует проверить по отвесу правильность положения весов. В случае необходимости производят регулирование при помощи установочных ножек-винтов. Необходимо также осмотреть, не нагружены ли чашки весов, чистые ли призмы и гнезда для них и удалить имеющиеся загрязнения. Если и после этого стрелка все же не станет на нуль, нужно добиться равновесия при помощи балансировочных гаек, укрепленных на концах правого и левого плеча коромысла. Если какая-то чашечка оказывается как бы тяжелее другой, гайку на этом коромысле надо поворачивать постепенно так, чтобы она передвигалась к середине коромысла до тех пор, пока при опущенном арретире стрелка не станет на нуль.

Только убедившись, что весы исправны, можно приступать к взвешиванию. При этом необходимо соблюдать правила взвешивания. Несоблюдение этих правил приводит к порче.   Взвешиваемый материал насыпают на чистый лист бумаги, на часовое стекло, в бокс или стеклянный стаканчик. Любая тара должна быть предварительно уравновешена или взвешена. Осторожно освобождая арретир, следят за отклонением стрелки весов. Каждый раз, перед тем как положить новый разновес или добавить недостающий материал, весы арретируют, Подбирают разновес или наоборот набирают нужное количество материала до тех пор, пока весы не придут в равновесие, т. е. стрелка не будет стоять на нуле шкалы. Полученное значение массы подсчитывают по пустым гнездам, записывают и вновь проверяют  при укладывании разновесов в футляр.

Торзионные весы

Торзионные весы (рис. 41) относятся к типу циферблатных и предназначены для взвешивания небольших грузов (до 500 мг). Взвешивание на них производится быстро и достаточно точно. Чашка весов заключена в шкафчик. Весы vcтанавливают по уровню. Открывают арретир и устанавливают стрелку (указатель массы) на нуль. Проверяют, совмещен ли указатель равновесия с чертой равновесия. Закрывают арретир, открывают дверку шкафчика и ставят на чашку (подвеску) взвешиваемый предмет. После этого закрывают дверку, открывают арретир и поворачивают указатель массы до тех пор, пока указатель равновесия не совместится с чертой равновесия. Закрывают арретир и записывают, на какое деление указывает стрелка. Это и будет массой предмета.

Рис. 41. Торзионные весы. 1 – шкала; 2 – ручка; 3 – стрелки; 4 – черта равновесия; 5 – ручка арретира; 6 – головка регулятора; 7 – футляр для чашечки; 8 –-установочный винт; 9 – уровень.

Аналитические весы

Аналитические весы всегда заключены в стеклянный футляр с открывающимися боковыми дверцами, которые во время взвешивания и в то время, когда на весах не работают, должны быть закрыты. На аналитических весах можно взвешивать с точностью до 0,0001 г (0,1 мг).

Различные системы аналитических весов отличаются некоторыми деталями, но принцип устройства и правила работы одни и те же. В настоящем руководстве устройство аналитических весов дается на примере демпферных электровесов ВДА-200 (рис. 42).

Рис. 42. Демпферные электровесы ВДА-200

Каждое деление микрошкалы, обозначенное цифрой, отвечает нагрузке в 1 мг. Расстояние между двумя соседними делениями разделено на 10 частей, каждая из которых соответствует 0,1 мг. У весов некоторых других систем расстояние это разделено на 5 частей, таким образом каждая часть соответствует 0,2 мг. Нагрузка 0,1 мг определяется «на глаз» (отсчетная линия находится между делениями), Следовательно, отсчет по шкале вейтографа дает третий и четвертый десятичные знаки определяемой массы (в г).

Для взвешивания на аналитических весах имеется специальный аналитический разновес. Это набор очень точных граммовых гирь, находящийся в коробке с крышкой, выложенной внутри мягким материалом. Все гири аналитического разновеса можно брать только пинцетом. Необходимо твердо помнить расположение гирек по величине массы в коробке и уметь подсчитывать массу вынутых гирек по пустым местам. М

Миллиграммовый разновес отсутствует. Он заменен специальными кольцами, подвешенными внутри весов. При помощи системы рычагов они навешиваются на специальную планку, прикрепленную к правой сережке коромысла. Навешивание осуществляется при помощи двух вращающихся дисков с нанесенными на них цифрами. Поворотом внешнего диска можно навесить разновески от 100 до 900 мг, при вращении внутреннего диска навешиваются разновески от 10 до 90 мг.

Правила работы с аналитическими весами

1. Аналитические весы должны находиться в специальной (весовой) комнате.
2. Аналитические весы должны содержаться в полной чистоте и порядке. Полагается иметь специальную щетку или кисть, которыми следует смахивать пыль из футляра и с чашек весов.
3. Аналитические весы периодически должен проверять мастер-специалист. Аналитические разновесы время от времени следует отдавать на проверку. Взвешивать можно только на проверенных весах и проверенным разновесом.
4. Взвешивать какой-либо предмет можно тогда, когда он принял температуру, одинаковую с температурой весов. Для этого предмет, который требуется взвесить, нужно выдержать в весовой комнате в эксикаторе не менее 15-20 мин, прежде чем ставить его на чашку весов.
5. Взвешивать на аналитических весах грузы более тяжелые, чем допускает предельная нагрузка весов (обычно равная 200 г) категорически воспрещается.

Взвешивание на аналитических весах

При взвешивании на аналитических весах придерживаются следующего порядка работы.

Взвешивание предмета.

1. Начиная взвешивание, поставить справа от весов разновес, а слева – эксикатор или взвешиваемый предмет.

2. Проверить состояние весов: чистые ли чашки, нет ли остатков ранее взвешиваемого вещества внутри весов; если необходимо, смахнуть пыль и загрязнения специальной мягкой кистью.

3. Установить нулевую точку весов: опустить арретир и через 40-50 с посмотреть на экран вейтографа. Если при ненагруженных весах нуль шкалы точно совпадает с отсчетной линией на экране можно приступать к взвешиванию. При отсутствии совпадения небольшим вращением головки корректора, находящегося немного выше рукоятки арретира, добиться соответствия отсчетной линии нулю шкалы. Однако подобную установку нулевой точки можно проводить, если отсчетная линия отстоит не более чем на 1-2 деления от нулевой точки вправо или влево.

Если отсчетная линия отходит от нулевой точки на много делений, надо проверить правильно ли весы установлены по отвесу, правильно ли подвешены чашки на призмы, а затем, если необходимо, установить нулевую точку при помощи балансировочных гаек. Учащимся не рекомендуется самим проводить эти операции. Налаживать весы должен преподаватель, разрешая учащимся пользоваться (очень осторожно) лишь корректором. Нулевую точку нужно проверять перед каждым взвешиванием.

4. Открыть левую дверку весов и поставить на дно левой чашки предмет, который нужно взвесить8    После чего дверку закрыть.

5. Открыть правую дверку. При помощи пинцета и аналитического разновеса взять подходящую гирьку и поставить ее в центр чашки. Левой рукой немного повернуть рукоятку арретира и заметить, куда начинает отклоняться стрелка. При этом нельзя полностью открывать арретир. Открывают его лишь настолько, чтобы было ясно видно, какая из чашек  перевешивает. Гирьки ставят на чашку весов, начиная с более крупных. Если чашка с гирьками перевешивает,  снимают поставленную гирьку и заменяют ее следующей  (с меньшей массой). Если предмет тяжелее гири, добавляют следующую, меньшую гирю и снова проверяют отклонение стрелки. Гирьки нужно ставить все по очереди, от большей к меньшим. Когда очередная поставленная гирька покажет, что масса гирек велика, нужно уменьшить массу поставленных гирек на 1 г. Если окажется, что теперь масса поставленных гирек недостаточна, приступают к подбору долей г.

При подборе гирек необходимо следить за тем, чтобы масса была поставлена как можно меньшим числом  гирек. Так, нельзя массу 5 г поставить гирьками 2 г, 1 г, 1 г, 1 г, а нужно поставить 5 г. Массу 10 г надо ставить одной гирькой 10 г и т. д. Несколько гирек ставят в том случае, если нет гирьки соответствующей массы (массу с г ставят гирьками 5 г, 2 г и 1 г).

6. Поворачивая внешний диск и совмещая с указателем различные цифры диска подобрать десятые доли г. При каждом повороте диска необходимо предварительно арретировать весы. Поворачивая внутренний диск, подобрать сотые доли г; при подборе сотых долей г можно открывать арретир полностью.

7. Найти определяемую массу с точностью до 0,01 г, открыть арретир полностью, и через 40-50 с снять показания шкалы с помощью вейтографа. Крупные деления шкалы обозначены цифрами со знаком плюс или минус, знак плюс показывает, что величину отсчета надо прибавить, а знак минус – что величину отсчета надо вычесть. Во избежание ошибок подбирают сотые доли так, чтобы отсчет по шкале был со знаком плюс.

8. Записать значение полученной массы. Вначале записывают суммарную массу граммовых гирек, проверяя эту цифру по пустым местам в коробке для разновесов. Ставят запятую и записывают со шкалы дисков десятые и сотые доли (первый и второй десятичный знак). Записывают показания шкалы (третий и четвертый десятичные знаки).

На аналитических весах взвешивание производится с точностью до четвертого десятичного знака, поэтому надо следить за тем, чтобы масса взвешиваемого предмета была записана с такой же точностью. Если около отсчетной линии оставалось деление шкалы, обозначенное цифрой (а не делениями между цифрами), необходимо вместо четвертого десятичного знака поставить.

Примеры записи: а) на чашке весов стояли гирьки 10 г,
1 г; на внешнем диске с указателем была совмещена цифра 3, на внутреннем – 70; отсчетная линия находится на третьем делении (из 5) после цифры 4; масса предмета равна 11,3746 г;
б)    на чашке весов стояла гирька 5 г; на внешнем диске с указателем совмещена цифра 0, на внутреннем – 10; отсчетная линия находится точно на делении с цифрой 6; масса предмета равна 5,0160 г;
в)    на чашке весов стояла гирька 10 г; на внешнем диске с указателем совмещена цифра 8, на внутреннем – 00; отсчетная линия остановилась на втором (из 5) делений после 0; масса предмета равна 10,8004 г.

9. Снимают с левой чашки взвешиваемый предмет, убирают гирьки в коробку, начиная с более тяжелой. Ставят диски на 0. Проверяют не осталась ли нагрузка на чашках, не засорены ли весы.

Взятие навески. На аналитических весах отвешивают вещество в том случае, если нужно взять навеску с точностью до десятичных долей г. При этом поступают следующим образом:

1. Взвесить бюкс или часовое стекло, соблюдая все правила взвешивания.
2. Определить суммарную массу бюкса (или стекла) и необходимой навески.
3. Снять с чашки весов гирьки, соответствующие массе бюкса и поставить новые, равные суммарной массе бюкса и навески. Ни в коем случае нельзя добавлять гирьки, соответствующие массе навески к уже стоящим на чашке весов гирькам, соответствующим массе. Повернуть внешний и внутренний диски так, чтобы оставить новую миллиграммовую нагрузку.
4. Снять бокс с весов, насыпать в него немного вещества и снова поставить на весы. Осторожно открывают арретир, наблюдают за отклонением стрелки и устанавливают, мало или много вещества в бюксе. Каждый раз снимая бюкс с чашки весов, осторожно досыпают или отсыпают вещество, пока около отсчетной линии не остановится деление шкалы, соответствующее третьему и четвертому знаку суммарной массы.
5. Иногда навеска не должна абсолютно точно соответствовать расчетному количеству, а должна быть близка к расчетному, но абсолютно точно взвешена. В таком случае взвешивают на аналитических весах часовое стекло или бюкс. Складывают их массу с массой нужной навески и на чашку весов ставят новые разновесы, соответствующие этой сумме. Насыпают в бюкс или на часовое стекло такое количество вещества, чтобы не надо было менять цифры на внешнем диске, а на внутреннем изменение должно быть не более одной цифры. Открывают арретир полностью, снимают показания шкалы и записывают полученную суммарную массу. Вычитая массу бюкса, находят точное значение взятой навески.