Весы с непосредственным методом измерения

Весы с непосредственным методом измерения имеют богатую историю. Наиболее популярные конструкции обозначены в этом обзоре.

Первые весы с непосредственным методом измерения

Самыми ранними весами этого типа являются весы Кульмана, сконструированные в 1910 г. В них применено зеркало, закрепленное в центре коромысла, отбрасывающее световой луч на фотобумагу, намотанную на барабан, приводимый в движение часовым механизмом.

Отклонение светового луча, зафиксированные на фотобумаге, пропорционально изменению массы взвешиваемого тела. Когда луч доходил до края фотобумаги, срабатывало фотоэлектрическое реле, воздействующее на механизм, с помощью которого на чашку опускалась гиря, возвращающая коромысло в первоначальное положение, после чего начиналось новое отклонение коромысла.

Абдерхальден в 1913–1914 гг. описал весы аналогичной конструкции, в которых в целях увеличения диапазона измерений применено автоматическое электромеханическое устройство, увеличивающее или снижающее нагрузку, уравновешивающую взвешиваемое тело.

Более поздней конструкцией весов подобного типа являются весы, сконструированные Колером. В дальнейшем появилась целая группа термовесов, в которых использовался описанный выше метод фотозаписи, а именно Дюбуа, Извекова, Жуэна, Загорского, Витасил.

Термовесы Шевенара

Все эти конструкции послужили основой для разработки более современной конструкции термовесов Шевенара, схематически изображённой на рис. 1.

Этот прибор имеет коромысло, подвешенное на упругой нити с зеркалом, укреплённым на конце коромысла, световой луч от которого падает на фоточувствительную бумагу. Предельная нагрузка прибора (тигель или прибородержатель плюс проба) равна 10 г, а предел измерений от 50 до 400 мг. Эти весы могли быть также соединены с записывающим устройством, в котором вместо зеркала применяется стилет, отражающий отклонения коромысла на диаграммной бумаге.

Лонгчамбон и несколько позднее Ороско, а также Спинеди использовали фотографический метод записи изменений массы как функции температур, Это достигается тем, что вертикальная составляющая луча, падающего на фотобумагу от зеркала, вмонтированного в коромысло весов, пропорциональна изменению массы пробы, а зеркало гальванометра устанавливается на пути этого луча таким образом, что горизонтальная составляющая луча пропорциональна температуре печи, в которой подвешена проба.

Тригорн и Вайет предложили конструкцию гидростатических весов, у которых стержень (поплавок), подвешенный к одному плечу коромысла, частично погруженный в нелетучую жидкость, уравновешивает пробу, помещённую на другое плечо. Отклонение коромысла от положения равновесия, являющееся функцией изменения массы пробы, пропорционально радиусу стержня и плотности жидкости. Запись показаний производится фотографическим путем, аналогичным описанному выше.

Помимо указанных выше конструкций фотозапись показаний весов применялась целым рядом авторов как то: Дервичиан, Андерсон, Спинеди, Брефорт.

Переходя к другим методам записи показаний весов, необходимо упомянуть следующие конструкции: Восток, а также Петерc, Хорст и Видеманн предложили применить обыкновенные торзионные весы, показания которых можно непосредственно считывать со шкалы из непрозрачного стекла, а также регистрировать путем записи изменений величины электрического тока, пропорционального отклонению коромысла.

Электрическая установка, преобразующая отклонения коромысла в электрический ток, описана Перягиным.

Биннингтон и Геддес, а также Роджерс и Эрл предлагали весы с непосредственным отсчетом, запись показаний которых получали на специальной бумаге с помощью электрической искры, возникающей между пером на коромысле и металлическим барабаном, на котором намотана бумага. В точке максимального отклонения коромысла подвешенная к нему нить соприкасается с электрическим контактом в виде капли ртути и приводит в действие устройство, сбрасывающее на чашку весов стальные шарики, восстанавливающие равновесие весов.

Ахмад предложил весы с непосредственным отсчетом, у которых отклонения коромысла контролируются пружиной, а перо соединено с коромыслом системой рычагов. Кулеру предложил весы с неравноплечим коромыслом. Проба, помещенная в печь, подвешивается в середине длинного плеча коромысла, на конце которого находится перо для записи изменения массы пробы на бумаге, намотанной на барабан.

Весы с дифференциальным трансформатором

Также был предложен ряд конструкций, в которых для записи показаний весов используется линейное перемещение сердечника дифференциального трансформатора, подвешенного к концу коромысла, а именно: Петереона, Кемпбелла и Гордона, Шатавы, Делонга, Вильямсона. В качестве примера на рис. 2 приведена схема весов Керцмана с одноконсольным коромыслом и дифференциальным трансформатором для измерения изменений массы.

Клессон предложил конструкцию весов, автоматически записывающих изменение массы пробы как функцию показателя преломления. В этих весах использовано одноконсольное коромысло с зеркалом на конце, отклонения которого пропорциональны изменению массы пробы, и фотоэлемент, ток от которого, пропорциональный массе пробы, передается на зеркальный гальванометр. Зеркала на коромысле и гальванометре располагаются так, что световые лучи от них, падая на фотобумагу, дают график зависимости массы от показателя преломления.

Весоизмерительные конструкции с датчиками

Бло и Карлин, Лапайн, а также Фоер предлагали для измерения смещения коромысла применять радиоактивный датчик, излучение которого пропорционально смещению коромысла, а следовательно, и массе пробы.

Треннер и другие использовали для записи показаний весов электротензодатчик, выходной сигнал которого, пропорциональный изменению массы пробы, записывается автоматически самопишущим потенциометром.

Этот же принцип использован в рефрактометре фирмы «Феникс», в котором показатель преломления записывается как функция массы пробы, проходящей через прибор.

В качестве примера весов с тензодатчиком на рис. 3 приведена схема весов Барлетта и Уильямса, у которых один конец коромысла прикреплен к основанию нитью электротензодатчика. При изменениях массы пробы, помещенной на другое плечо коромысла, изменяется натяжение и электрическое сопротивление, включенной в мостовую схему, Получаемый при этом выходной сигнал записывается автоматически самопишущим потенциометром.

Вакуумные весы

В связи с выявившейся необходимостью проведения многих видов анализов в условиях вакуума появилось много конструкций вакуумных весов. Например, весы Хули, Кемпбелл и Гордон, Клевенс и другие.

В этих конструкциях применялись главным образом торзионные весы, а для записи показаний либо система свет-затвор-фотоэлемент, либо дифференциальный трансформатор. Принципиальная схема вакуумных весов приведена на рис 4.