4. Содержание отчета:

- описать назначение, конструкцию приборов и нарисовать их схе­мы (рис. 3.2,

б; 3.3, б и 3.5, а1);

- выполнить расчёты по определению Q , V, Re и L;

- дать ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Какие приборы используются для измерения расхода?

2. Что входит в состав расходомера?

3. Из чего состоит ротаметр? Его достоинства и недостатки.

4. Как устроен водомер с аксиальным подводом жидкости?

5. Как устроен водомер с тангенциальным подводом жидкости?

6. Как устроен объемный счетчик с овальными шестернями?

7. Какое различие между скоростными и объемными счетчиками количества жидкости и газов?

Лабораторно-практическая работа №4

Приборы для измерения массы

1. Общие сведения

Современные весы представляют собой сложный механизм, который, кроме взвешивания, может обеспечить регистрацию результатов взвешивания, сигнализацию в случае отклонения массы от заданных технологических норм и другие опе­рации.

1.1. Лабораторные равноплечие весы (рис. 4.1) состоят из коромысла 1, установленного с помощью опорной призмы 2 на попушке 3 основания весов. Коромысло имеет две грузоприемные призмы 5, 11 через которые с помощью подушек 4 и 12 подвески 6 и 10 соединяются с коромыслом 1. К коромыслу жестко кре­пится шкала 8 оптического отсчетного устройства. При измерении массы на одну чашку весов устанавливается взвешиваемый груз 9 массой m, а на вторую - уравновешивающие гири 7 массой m_г. Если m > m_г, то коромысло весов отклоняется на угол φ, (рис. 4.2).

Весы ВЛР-20 (рис. 4.3) имеют наибольший предел взвешивания 20 г, цену деле­ния делительного устройства 0,005 мг.

На основании 6 весов установлена полая стойка 9; в верхней части стойки крепится кронштейн с рычагами изолира 11 и опорная подушка 15. На основании 6 установлены осветитель 5, конден­сор 4 и объектив 3 оптического отсчетного устройства. На равноплечем коромысле 16 закреплена опорная призма 17, седла с грузоприемными призмами 13 и стрелка 1 с микрошкалой 2.

Регулирование положения равновесия подвижной системы на коро­мысле осуществляется тарировочными гайками 19 на концах коромысла. Регулируя положение центра тяжести коромысла путем вертикального перемещения регулировочных гаек 18, расположен­ных в середине коромысла, можно установить заданную цену деления весов. На грузоприемные призмы 13 опираются подушки 14 серег 12, на которых подвешены подвески с грузоприемными чашками 7.

Весы имеют два воздушных успокоителя 10. Верхняя часть успокои­теля подвешивается на серьге, а нижняя крепится на плате 8 в верхней части весов.

Механизм гиреналожения 20, расположенный на плате 8, позволяет навешивать на правую подвеску гири массой 10; 20; 30 и 30 мг, обеспе­чивая уравновешивание встроенными гирями в диапазоне от 10 до 90 мг. Массу наложенных гирь отсчитывают на оцифрованном лимбе, связан­ном с механизмом гиреналожения.

Оптическое отсчетное устройство служит для проецирования изобра­жения шкалы на экран с помощью осветителя, конденсора, объектива и системы зеркал и позволяет измерять изменение массы в диапазоне от 0 до 10 мг. Шкала имеет 100 отсчетных делений с ценой деления 0,1 мг. Делительный механизм оптического отсчетного устройства позволяет разделить одно деление шкалы на 20 частей и, увеличивая разрешающую способность отсчета, обеспечивает получение результата измерения с дис­кретностью 0,005 мг.

1.2. Лабораторные двухпризменные весы (рис. 4.5) состоят из несиммет­ричного коромысла 1, установленного с помощью опорной призмы 2 на подушке 5 основания весов. С одним плечом коромысла через грузоприемную призму 6 и подушку 11 соединена подвеска 9 с грузоприемнои чашкой. На этой же подвеске закреплена рейка 10, на которой навешены встроенные гири 7, общей массой т₀. На другом плече коромысла закреплен противовес 4, уравновешивающий коромысло. К коромыслу 1 жестко крепится микрошкала 3 оптического отсчетного устройства. При измерении массы на чашку весов устанавливается взвешиваемый груз 8 массой т₁, а с рейки с помощью гиревого механизма снимается часть гирь 7 массой т_т.

Если т₁ > т_г, то коромысло весов, отклоняется на угол φ (рис. 4.6). При этом гравитационный момент устойчивости составит

(4.1)

где т_п, т_пр, т_к - масса подвески, противовеса, коромысла; т_о и т₁ — масса всех встроенных гирь и груза; т_г - масса снятых гирь; а₁ - расстояние от оси вращения коромысла до точек контакта грузоприемной призмы с подушкой подвески; а₂ - расстояние от оси вращения ко­ромысла до центра тяжести противовеса; а_к - расстояние от оси враще­ния коромысла до его центра тяжести, α₁, α₂ - углы, зависящие от установки линий призм коромысла; g = 9,81 м/с².

Компенсирующий момент

(4.2)

Погрешность δ_у, зависящая от гравитационного момента устойчивости и угла отклонения φ, определяется по формуле:

(4.3)

Погрешность δ_к, зависящая от компенсирующего момента, составит

(4.4)

Весы ВЛДП-100 (рис. 4.4) с наибольшим пре­делом взвешивания 100 г, с именованной шкалой и встроенными гирями на полную нагрузку. В весах имеет­ся устройство предварительного взвешивания, позволяющее повысить скорость измерения массы и упростить операции взвешивания, связан­ные с подбором гирь, уравновешивающих подвижную систему весов.

На коротком плече коромысла 1 закреплено седло с грузоприемной призмой 9, а на длинном — противовес, диск воздушного успокоителя и микрошкала 4 оптического устройства. Во время взвешивания на грузоприемную призму 9 коромысла подушкой 10 опирается серьга 11, к ко­торой присоединена подвеска 7 с грузоприемной чашкой 6.

В весах имеется механизм гиреналожения 8, служащий для снятия с подвески и наложения на нее трех декад встроенных гирь массой 0,1-0,9; 1-9 и 10-90 г.

Механизм предварительного взвешивания имеет горизонтальный рычаг 3, который свободным концом упирается в коромысло. Второй конец рычага жестко крепится к торсионной пружине, ось вращения которой параллельна оси вращения коромысла.

Рис. 4.1. Равноплечие весы	Рис. 4.2. Схема действия сил в равноплечих весах
Рис. 4.3. Лабораторные равноплечие весы ВЛР-20		Рис. 4.4. Лабораторные весы ВЛДП-100
Рис. 4.5. Двухпризменные весы	Рис. 4.6. Схема действия сил в двухпризменных весах

Изолирующий механизм 5 имеет три фиксированных положения: ИП - исходное положение, ПВ - предварительное взвешивание, ТВ — точное взвешивание.

В исходном положении коромысло 1 и подвеска 7 находятся на упорах изолирующего механизма 5. Рычаг механизма предварительно­го взвешивания находится в нижнем положении, встроенные гири наве­шены на подвеску.

При взвешивании груза, помещенного на чашку, изолирующий ме­ханизм ставят сначала в положение ПВ. При этом рычаг 3 упирается в коромысло, с подвески снимаются встроенные гири, подвеска опуска­ется на грузоприемную призму коромысла. После этого коромысло опорной призмой 2 опускается на подушку, отклоняется на некоторый угол, при котором противодействующий момент, создаваемый торсион­ной пружиной механизма предварительного взвешивания, уравновешива­ет момент, пропорциональный разности т_к = т₀ - т₁, где т₀ — масса встроенных гирь; т₁ — масса взвешиваемого тела.

По шкале оптического отсчетного устройства и лимбу делительного устройства отсчитывают предварительное значение измеряемой массы, которое устанавливают на счетчиках механизма гиреналожения.

При переводе изолирующего механизма в положение ТВ сначала изолируют коромысло и подвеску, после чего на подвеску навешивают гири массой т_г. Рычаг 3 отводят вниз до упора, освобождая коромысло, подвеску соединяют с коромыслом через грузоприемную призму и по­душку, а коромысло опорной призмой садится на подушку и производят точное взвешивание.

Значение измеряемой массы отсчитывают по счетчику механизма гиреналожения, шкале и лимбу делительного устройства.

1.3. Квадрантные весы просты, надежны в эксплуатации, имеют высокую точность. В отличие от других лаборатор­ных весов грузоприемная чашка у квадрантных весов расположена в верхней части, что создает значительные удобства в эксплуатации. Квад­рантные весы применяют в технологических линиях, в системах центра­лизованного контроля, в управляющих системах, связанных с измерени­ем массы.

Квадрантные весы (рис. 4.7) состоят из несимметричного коромысла 1 (квадранта), установленного с помощью опорной призмы 2 на угловой подушке 3, закрепленной на основании весов. Подвеску 6 с помощью уг­ловых подушек 8 устанавливают на грузоприемную призму 7, закреплен­ную на коромысле 1. Грузоприемную чашку 9 в квадрантных весах кре­пят к верхней части подвески 6. Чтобы исключить возможность опрокидывания подвески при наложении на чашку 9 груза, нижнюю часть под­вески крепят к основанию весов через шарнирные соединения с по­мощью рычага 5, называемого стрункой. К квадранту жестко крепится микрошкала 4 оптического отсчетного устройства. На подвеске закреп­лена рейка, на которой расположены встроенные гири.

Использование в квадрантных весах угловых подушек и шарнирных соединений в нижней части подвески позволило в несколько раз увели­чить рабочий угол отклонения φ квадранта по сравнению с углом откло­нения в равноплечих или двухпризменных весах. Например, в квадрант­ных весах при воздействии на подвеску максимальной нагрузки угол отклонения равен 12°, а в равноплечих и двухпризменных весах он менее 3°. При большом угле отклонения естественно диапазон измере­ния массы по шкале также будет больше, что позволяет уменьшить коли­чество встроенных гирь, используемых в весах. Однако шарниры со стрункой являются источником дополнительных погрешностей, снижающим точность взвешивания. Поэтому выпускаемые квадрантные весы имеют в основном класс точности 4.

Лабораторные квадрантные весы модели ВЛКТ-5 (рис. 4.8), относятся к классу точности 4 и предназ­начены для измерений массы до 5 кг. В измерительную систему весов входят коромысло 3, подвеска 2 с грузоприемной чашкой 1 и „струнка" б. Призменная „струнка" является одной из сторон шарнирного паралле­лограмма. „Струнка" и стальные призмы коромысла опираются на угло­вые самоустанавливающиеся подушки. Для успокоения колебаний под­вижной системы весы имеют магнитный успокоитель 5. В весах также имеется механизм компенсации колебаний уровня рабочего места, уст­ройство компенсации массы тары и механизм гиреналожения. При взве­шивании специальные захваты с приводом от рукоятки механизма гире­наложения снимают с грузоприемной подвески или накладывают на нее встроенные гири 7 массой 1; 1 и 2 кг. Значения массы снятых гирь отсчи­тывают с оцифрованного барабана, связанного с механизмом гиренало­жения. В состав оптического отсчетного устройства входят лампа подсветки, конденсор, объектив и микрошкала 4, укрепленная на коромыс­ле. Изображение микрошкалы, увеличенное с помощью оптической сис­темы, передается на матовое стекло экрана 8, где указьшается значение массы, определяемой при отклонении коромысла от его начального по­ложения.

Цилиндрическая спиральная пружина 9, прикрепленная один концом к подвеске, является измерительным элементом делительного механиз­ма. Второй конец этой пружины, связанный приводом с оцифрованным барабаном механического счетчика, может перемещаться вертикально при вращении рукоятки счетчика делительного механизма. При враще­нии барабана механического счетчика на полную емкость, равную 100 де­лениям, пружина растягивается, передавая коромыслу усилие, эквива­лентное усилию, создаваемому изменением массы груза на 10 г, а ре­зультат измерения, производимого с помощью делительного механизма, отсчитывают на оцифрованном барабане механического счетчика с дис­кретностью 0,1 г. Микрошкала, закрепленная на коромысле, имеет 100 делений с це­ной деления 10 г. Поэтому диапазон измерения оптического отсчетного устройства и делительного механизма с дискретностью 0,1 г составляет 1000 г.

Аналогично устроены квадрантные весы модели ВЛКТ-500 (рис. 4.9), предназ­наченные для измерений массы до 500 г (погрешность измерения 0,02 г).

Перед измерением массы тела по уровню 1 производят установку весов в горизонтальное положение с помощью регулируемых опор 4. Для ввода весов в действие необходимо шнур питания 5 подсоединить в электросеть и включить выключатель 2. Рукояткой 7 цифровой барабан механического счетчика устанавливают в положение «00»и маховичками 3 («грубо») и 6 («тонко») уст­ройства компенсации массы тары доводят нулевое деление шкалы в симметричную позицию. При этом рукоятка 9 механизма гире­наложения находится в положении для измерения в диапазоне 1-100 г. Исследуемое тело устанавливают на грузоприемную чашку 10 и рукояткой 7 совмещают деление шкалы с отсчётными рисками на экране 8.

Торсионные весы WT-250 (рис. 4.10) предназначены для взвешивания тел массой до 250 г и имеют погрешность измерения 0,005 г. Корпус весов опирается на три опоры, две из которых 1 регулируемые и предназначены для установки весов в горизонтальное положение по уровню 2.

Кожух весов имеет стеклянный экран 4, сквозь который виден лимб измерительного механизма. Перед взвешиванием поворачивают фиксатор 9 для разблокирования подвески и с помощью маховика 10 уст­ройства компенсации массы тары устанавливают указатель 5 в нулевое положение. Измеряемое тело 7 помещают на подвеску 6 и закрывают предохранительную крышку 8. Вращая маховик 3 подвижного лимба добиваются возврата указателя 5 в нулевое положение. При этом по стрелке на лимбе измерительного механизма определяют величину массы тела.

1.4. Электронные цифровые весы. Существенное преимущество весов состоит в том, что при операциях не требуются встроенные или накладные гири. Поэтому при серийном выпуске весов и при их эксплуатации существенно экономится металл, сокращается количество гирь, подлежащих государственной поверке.

Электронные циф­ровые весы 4-го класса точности модели ВБЭ-1 кг (рис. 4.11, а), основанные на рассмотренном выше принципе действия. Эти весы имеют весо­вое устройство I, укреплен-ное на основании 2, и электрическую часть, состоящую из пяти печатных плат 3, 13,14 с разъемами и установочными кронштейнами, трансформатор 15, датчик 4, преобразующий линейные перемещения в электрический сигнал.

Весовое устройство имеет стойку, на которой крепится кронштейн 12 и магнитная система 16 с рабочей катушкой 5. Подвижная система ве­сов состоит из двух рамок 6, кронштейна 7 и шести пружин 8, две из которых являются промежуточными звеньями упруго-гибкой связи между рамками и кронштейном. Рабочая катушка крепится к вклады­шу 9, который жестко связан с крон-штейном 7. Подвижная система весов крепится через пружины 8 так, что катушка в рабочем зазоре магнитной системы может перемещаться только в вертикальном направлении. В верхней части кронштейна 7 размещается подставка 10, на которой устанавливается грузоприемная чашка 11.

Электрическая часть весов выполнена на печатных платах, располо­женных в корпусе весов. Электрические элементы, выделяющие тепло, размещены в задней части весов и отделены от весового устройства теп­ловым экраном.

В весах имеется электронное устройство, компенсирующее силовое воздействие, создаваемое тарой. При наложении на грузоприемную чаш­ку тары значение ее массы появляется на цифровом отсчетном устройст­ве, а после нажатия кнопки „Тара” это значение передается на запомина­ющее устройство, а на цифровом отсчетном устройстве устанавливаются нули и весы готовы к измерению массы груза. Устройство компенсации тары, входящее в весы, компенсирует на­грузку массой до 1000 г.

Электрон­ные цифровые весы 4-го класса ВЛЭ-1 кг с улучшенными техни­ческими характеристиками (рис. 4.11, б). Эти весы могут быть широко использованы в замкнутых технологических процессах агропромышлен­ных комплексов. В них имеется выход для подключения цифропечатающих устройств и ЭВМ, полуавтоматическая калибровка и компенсация массы тары по всему диапазону взвешивания. Терминал обеспечивает автоматическую разбраковку предметов по массе и подсчет количества предметов по заданному значению массы одного предмета.

2. Содержание работы. Изучить назначение, устройство и эксплуатацию приборов для измерения массы различных тел.

3. Порядок выполнения работы: ознакомиться с п. 1; используя формулы (4.1)-(4.4) по начальным условиям (табл. 4.1) для двухпризменных весов определить: момент устойчивости М_у, компенсирующий момент М_к, а также погрешности δ_у и δ_к, составить отчёт.

Рис. 4.7. Лабораторные квадрантные весы	Рис. 4.8. Схема квадрантных ве­сов ВЛКТ-5
Рис. 4.9. Общий вид весов ВЛКТ-500
Рис. 4.10. Торсионные весы WT-250: 1 – регулируемая опора; 2 – уровень; 3 - маховик подвижного лимба; 4 – экран; 5 - указатель; 6 – подвеска; 7 - исследуемое тело; 8 – крышка; 9 – фиксатор; 10 - маховик устройства компенсации массы тары
Рис.4.11. Электронные весы: а - ВБЭ-1 и б - ВЛЭ-1. а б

Таблица 4.1. Исходные данные для выполнения работы

№ вари­анта	тп, г	тпр, г	тк, г	то, г	ак, м	а1, м	а2, м	α1= α2,º	φ,º
1	15	90	70	75	0,15	0,08	0,16	1,0	3
2	25	80	65	65	0,26	0,11	0,22	0,9	2,9
3	30	110	80	80	0,32	0,17	0,32	0,8	2,8
4	27	105	73	78	0,18	0,15	0,30	0,7	2,7
5	20	100	75	80	0,20	0,12	0,22	0,6	2,6
6	15	90	70	75	0,16	0,09	0,17	0,5	2,5
7	25	80	65	65	0,27	0,12	0,24	1,5	2,9
8	30	110	80	80	0,33	0,18	0,34	1,4	2,8
9	27	105	73	78	0,19	0,16	0,31	1,3	2,7
10	20	100	75	80	0,23	0,14	0,24	1,2	2,6
11	15	90	70	75	0,17	0,07	0,15	1,1	2,5
12	25	80	65	65	0,28	0,13	0,27	1,0	2,4
13	30	110	80	80	0,34	0,19	0,36	2,0	3,2
14	27	105	73	78	0,20	0,17	0,34	1,8	3,1
15	20	100	75	80	0,21	0,15	0,25	1,7	3,0
16	25	80	65	65	0,29	0,14	0,28	1,6	2,9
17	30	110	80	80	0,35	0,20	0,37	1,5	2,8
18	27	105	73	78	0,21	0,18	0,36	1,4	2,7
19	20	100	75	80	0,24	0,13	0,26	1,3	2,6
20	15	90	70	75	0,19	0,07	0,16	1,2	2,5
21	25	80	65	65	0,30	0,15	0,29	1,1	2,4
22	30	110	80	80	0,36	0,21	0,39	1,0	2,3
23	27	105	73	78	0,22	0,19	0,38	0,9	2,2
24	20	100	75	80	0,21	0,11	0,23	0,8	2,1
25	15	90	70	75	0,14	0,09	0,18	0,7	2,0
26	25	80	65	65	0,31	0,16	0,30	0,6	3,0
27	30	110	80	80	0,37	0,22	0,41	0,5	2,9
28	27	105	73	78	0,23	0,20	0,43	1,5	2,8
29	20	100	75	80	0,25	0,10	0,20	1,4	2,7
30	15	90	70	75	0,18	0,06	0,14	1,3	2,6