2.3. Порядок выполнения работы

В данной работе следует ознакомиться с конструкцией и принципом работы простейших настольных гирных весов, изучить правила эксплуатации, выполнить поверку рычажных настольных циферблатных весов и произвести расчет маятникового противовеса квадрантного механизма и призмы весов.

Схему и конструкции рычажных настольных циферблатных весов изучают на лабораторном стенде. Снятая облицовка позволяет наблюдать работу весоизмерительного механизма в процессе взвешивания и проводить необходимые измерения.

Основной частью этих весов является рычажный механизм. Весоизмерительный механизм (см. рис. 2.2) смонтирован на опорной плите с винтовыми ножками и с жидкостным указателем установки в горизонтальном положении. Винтовые ножки имеют контргайки, позволяющие жестко фиксировать ножки после установки весов в горизонтальном положении. Основу весов составляет равноплечий рычаг, состоящий из двух дугообразных металлических полос, соединенных в виде рамы. Каждая половина рычага имеет опорную призму и две грузоприемные. Грузоприемное устройство этих весов состоит из двух площадок: товарной и гирной, прикрепленных к рычагам и опирающихся на сдвоенные грузоприемные призмы. Третьей точкой опоры для рычагов служат струнки, шарнирно прикрепленные к корпусу весов.

Рычаг несет на себе подушку, опирающуюся на керн тяги, соединенной с квадрантным механизмом. К квадранту прикреплена стрелка, указательный конец которой перемещается вдоль шкалы на циферблате. Чтобы предотвратить периодические колебания весов и тем самым ускорить процесс взвешивания, к рычагу шарнирно прикреплен шток поршня жидкостного успокоителя (демпфера). Для тарировки ненагруженных весов предназначена тарировочная камера, размещенная в корпусе гирной площадки.

Для проведения лабораторной работы предназначены гири общего назначения 4-го класса, набор рабочих гирь общей массой до 10 кг, измерительный инструмент (штангенциркуль, линейка), свинцовая или стальная дробь.

После ознакомления со схемой, определения основных геометрических соотношений и изучения конструкции весов приступают к поверке весов в соответствии с ГОСТ 8.453-82 ГСИ «Весы для статического взвешивания. Методы и средства поверки».

Весы устанавливают в горизонтальное положение, регулируя положение четырьмя резьбовыми ножками и фиксируя их контргайками.

Масляный успокоитель весов (демпфер) должен производить колебания указательной стрелки не более 3-5 полупериодов.

Стрелка ненагруженных весов должна совпадать с нулевым штрихом шкалы так, чтобы не было просвета между стрелкой и штрихом.

Устойчивость весов проверяют путем троекратного выведения весов из состояния равновесия нажатием на гирную или грузоприемную площадки вниз до упора.

У нормально отрегулированных весов после двух-трех колебаний стрелки возвращаются в исходное положение. Расхождения показаний стрелки до выведения из состояния равновесия и после возвращения не должны превышать половины цены деления шкалы. Если число колебаний стрелки больше указанных, то проверяют наличие масла в демпфере и осуществляют его регулировку.

Наибольший предел взвешивания P_max обозначен на шкале весов.

Наименьший предел P_min взвешивания для настольных циферблатных весов не должен быть менее 0,01 P_max. Шкала весов рассчитана на 0,1 P_max.. При взвешивании груза массой, большей 0,1 P_max,, пользуются гирями, устанавливаемыми на гирную площадку.

Для проверки чувствительности настольных циферблатных весов на грузоприемную платформу помещают гирю-допуск, масса которой соответствует цене деления шкалы. При этом стрелка должна переместиться на одно деление так, чтобы между стрелкой и штрихом не было просвета.

Весы считаются чувствительными, если при поверке на наибольшем пределе взвешивания они обнаруживают разницу, равную 0,001 P_max,, а при поверке на 0,1 P_max – разницу не менее 0,0002 P_max.

Поверку весов осуществляют при многократном (3-5 раз) взвешивании одного и того же груза. Отклонение показаний весов при взвешиваниях не должно превышать половины цены деления шкалы. Результаты взвешивания заносят в протокол испытаний.

Конструкция настольных циферблатных весов сочетает в себе рычажный и квадрантный механизмы, поэтому точность взвешивания проверяют размещением гирь в определенных зонах грузоприемной площадки, а отсчет показаний ведут по шкале весов.

Поверку осуществляют с помощью образцовых гирь массой 0,1 P_max. Схема размещения гирь на грузоприемной площадке приведена на рисунке 2.4.

1 3

2

2 4

a б в

Рисунок 2.4 – Размещение гирь при поверке настольных циферблатных весов: а – поверка равенства плеч коромысла; б – поверка параллельности лезвий опорных и грузоприемных призм; в – поверка равенства длин и параллельности струнок и плеч рычага

Равенство плеч коромысла проверяют, размещая гири непосредственно над грузоприемными призмами (рис. 2.4 а).

Параллельность рабочих лезвий опорных и грузоприемных призм определяют в соответствии со схемой на рисунке 2.4 б, перемещая первоначально гири в положение 1, а затем в поло- жение 2.

Параллельность струнок и плеч рычага, а также соответствие длин струнок длине плеч коромысла проверяют в соответствии с рисунком 2.4 в, последовательно устанавливая гири в положение 3, а затем в положение 4.

Дополнительно весы поверяют образцовыми гирями различной массы, обеспечивающими положение стрелки весов не менее чем в четырех точках на всем протяжении шкалы весов.

Во всех случаях поверки показания весов по шкале не должны отличаться от массы образцовых гирь более чем на 0,5 цены деления шкалы.

Условие равновесия коромысла при крайнем расположении гири весом Р в точке А и груза весом Р₁ в точке А₁ запишется следующим образом:

Р ∙ ОА = Р₁ ∙ ОА₁ (2.8)

Так как коромысло является равноплечим рычагом 1 рода, то ОА=ОА₁, а следовательно, справедливо и равенство: Р=Р₁.

Представим теперь, что гиря установлена в другом крайнем положении над призмой Е. В этом случае усилие от гири будет через ногу передаваться на вспомогательный рычаг СДЕ и далее через серьгу ВД на коромысло АА₁. Условие равновесия для коромысла примет вид:

Р₂ ∙ ОВ = Р₁ ∙ ОА₁ (2.9)

Соответственно для вспомогательного рычага:

Р₂ ∙ СД = Р ∙ СЕ (2.10)

Подставляя значение Р₂ в условие равновесия коромысла, получим:

Р ∙ СЕ/СД ∙ ОВ = Р₁ ∙ ОА_{1 .} (2.11)

Из условия равновесия Р=Р₁ следует, что:

. (2.12)

При указанном соотношении плеч рычагов постоянство показаний взвешивания будет обеспечиваться независимо от местоположения гирь и взвешиваемого груза на площадках весов.

Рычажный механизм монтируется на станине, выполненной из чугуна или стали. Со станиной рычажный механизм соединяется с помощью призм и подушек.

Весы снабжаются тарировочным приспособлением, представляющим собой камеру под площадкой весов.

В настольных циферблатных весах с пределами взвешивания 2 и 10 кг (см. рис.2.1) устройство основано на свойстве рычагов оставаться в наклонном положении при достижении равновесия.

Условие равновесия при вертикальном положении стрелки имеет вид:

Р_r ∙ СВ = Р ∙ ОА, (2.13)

где Р_r – вес квадранта (противовеса), укрепленного на изогнутом плече рычага 1 рода, массой m_r;

Р- вес взвешиваемого груза массой m.

При изменении веса груза до величины Р₁ = Р+ΔР условие равновесия примет вид:

Р_r ∙ С₁В₁ =(Р + ΔР) ∙ ДА₁ (2.14)

Учитывая, что С₁В₁ = СВ + в и ДА₁ = ОА - а, запишем

Р_r ∙ СВ + Р_r ∙ в = (Р+ ΔР) ∙ (ОА – а) (2.15)

или

Р_r ∙ СВ + Р_r ∙ в = (Р ∙ ОА – ΔР ∙ (ОА – а) –Р ∙ а

Решая это уравнение относительно ΔР, получим:

ΔР = (Р ∙ в + Р ∙ а) / ОА – а (2.16)

Принимая, что ДА₁ = ОА ∙cosφ, получим:

а = ОА – ДА₁ = ОА ∙ (1 – cоsφ) (2.17)

Для левой стороны рычажного механизма имеем:

QВ = QВ₁ ∙ С₁В₁ = QВ ∙ sin (α + φ) и

СВ = QВ ∙ sinα (2.18)

Тогда

в = С₁В₁ – СВ = QВ ∙ [sin(α + φ) – sinα]. (2.19)

Подставив полученные значения а и в в уравнение для ΔР, будем иметь:

. (2.20)

Итак, Р = f(φ) означает, что величина угла отклонения квадранта зависит от величины груза, установленного на платформе весов.

Анализ уравнения показывает, что угол φ близок к прямой зависимости от ΔР.