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.
Рис. 1. Термовесы Шевенара с автоматической фотозаписью
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.
Рис. 2. Консольные весы с дифференциальным трансформатором в качестве преобразователя 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.
Рис. 3. Весы Барлетта и Уильямса с тензодатчиком
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.
Рис. 4. Пружинные весы, у которых в качестве преобразователя используется дифференциальный трансформатор