Весы лабораторные: разбираемся, выбираем.

Описание

Давайте поговорим о весах, в частности о весах лабораторных. Узнаем, для чего они предназначены, разберем преимущества и недостатки весов с тензометрическими датчиками и датчиками электромагнитной компенсации. Вспомним, что такое наибольший и наименьший предел взвешивания, дискретность, погрешность и цена поверочного деления. Сделаем выводы, нужны ли нам весы аналитические или достаточно прецизионных. Рассмотрим наиболее важные функции, которыми снабжены лабораторные весы и, наконец, дадим несколько советов, как подойти к выбору весов для вашей лаборатории.

Немного истории

Первые найденные археологами образцы весов относятся к V тысячелетию до н. э., применялись они в Месопотамии. Весы хорошо видны на папирусе ХIX династии (около 1250 года до н. э.). Согласно древнеегипетской «Книге мертвых», Анубис, на входе в подземное царство взвешивает сердце всякого умершего на особых весах, где в качестве гири выступает богиня правосудия Маат. Каменная стела I тысячелетия до н. э. (Турция) изображает хетта, использующего вместо поперечной планки балансовых весов собственный палец. В Древней Руси товары взвешивали на равноплечих весах - скалвах. С XIV века на Руси появляется слово «безмен» В 996 году князь Владимир повелел ввести единые меры веса, а в Указе  князя Всеволода ( XII век) впервые была упомянута ежегодная поверка весов. А в 1723 году Петр I издает Указ о том, чтобы муку, крупу, солод и толокно продавать на вес, а не на меру, и в "заорленные весы", то есть поверенные и клейменные, " а ежели у кого явится фальшивая мера и весы, оный будет жестоко оштрафован". В 1841 годупо инициативе министра финансов России на территории Петропавловской  крепости построили "особое несгораемое здание" - Депо образцовых мер и весов. Туда торговцы обязаны  были приносить на поверку свои измерительные приборы. Далее по инициативе Менделеева в России была организована Главная палата мер и весов. А Декрет 1918 года говорит " О введении международной метрической десятичной системы мер и весов: Принять за основу единицы веса - килограмм".

       Итак, все мы знаем, что весы используют для определения  веса. В чем же отличие лабораторных весов? Лабораторные весы предназначены для статистического измерения массы, они обладают наиболее высокими значениями точности и изготавливаются с использованием последних достижений науки и техники.

 Весы с тензометрическими датчиками и весы с датчиками электромагнитной компенсации.

      Еще совсем недавно в лабораториях широко использовались механические и электромеханические весы. Для примера можно вспомнить легендарные ВЛР-200 или ВЛКТ-500, собственно говоря, и в настоящее время еще остались ценители этих моделей. Однако, время не стоит на месте, и сейчас предпочтение отдается электронным весам из-за несомненных преимуществ их эксплуатации, а именно: простоты использования, относительно малых габаритов, широких функциональных возможностей, облегчающих нелегкий труд лаборанта.

 Собственно, основным конструктивным элементом электронных весов является датчик, который определенным образом передает сигнал о нагрузке на индикатор. Наиболее распространены весы с тензометрическими датчиками и датчиками электромагнитной компенсации. Принцип измерения веса при помощи тензодатчиков основан на уравновешивании массы взвешиваемого груза с упругой механической силой тензодатчиков и последующего преобразования этой силы в электрический сигнал для последующей обработки. Преимущество весов с тензодатчиками – относительно низкая стоимость и отлаженное серийное производство.

 Весы на основе электромагнитной компенсации обладают большей точностью, чувствительностью и разрешающей способностью, чем весы на основе тензодатчиков. Но у них есть также и недостатки, а именно чувствительность к магнитным полям.

 НПВ, НмПВ, погрешность, дискретность, цена поверочного деления

      Давайте вспомним, как мы выбираем весы. Прежде всего, при выборе нас интересует соответствие технических характеристик прибора тем задачам, которые нам нужно с его помощью решать. А основными  техническими характеристиками весов, собственно говоря, являются наименьший и наибольший пределы взвешивания, дискретность, погрешность и цена поверочного деления.

Наш словарик

Наибольший предел взвешивания (НПВ) – наибольшая статическая нагрузка, которую могут выдержать весы без нарушения метрологических характеристик, максимальное значение массы, которое могут измерить весы данной модели,она определена в документации прибора и часто приводится на его корпусе. При попытке  взвесить груз больше НПВ прибор выдаст сообщение об ошибке. Дискретность (d) или цена деления весов – минимальная величина, на которую может происходить изменение показаний веса. Цена поверочного деления (e) – условное значение, выраженное в единицах массы. Именно она характеризует точность весов. Обычно при эксплуатации e≤10d. Погрешность взвешивания - разность (х - а), где а - данное число,  которое рассматривается как приближенное значение некоторой величины, точное значение которой равно х. Для лабораторных весов по ГОСТ 24104-2001 погрешность в диапазоне измерений по абсолютному значению не должна превышать пределов допускаемой погрешности. Наименьший предел взвешивания – минимальное значение массы, которое возможно взвесить на весах данной модели при гарантированном диапазоне допустимой погрешности.

А теперь немного разберемся.

Помните, нельзя требовать от электронных весов высокой точности измерения одновременно с большим значением НПВ. Нужно решить, что Вам важнее. Для точного взвешивания лучше выбрать электронные весы с меньшим значением e и небольшим НПВ. Другими словами, чем больше значение НПВ тем, обычно, весы менее точные. Высокая точность и при этом большой НПВ определяют, в свою очередь, высокую стоимость весов.

 

С наибольшим пределом взвешивания все понятно, зачем же нужно знать значение наименьшего предела взвешивания? Оказывается, весы показывают вес на дисплее даже в случае, если измеряемый вес меньше НмПВ, но достоверными эти показания считать нельзя!

 Дискретность.

Например, при взвешивании груза весом 138 г. табло весов показывает

0.14 , при весе 136 г. - 0.135. То есть d (дискретность) = 5 г.

 Дискретность и погрешность.

Величина d не является погрешностью измерения веса. Предельно допустимая погрешность измерений определяется специальной метрологической величиной е - ценой поверочного деления.

Обычно производитель весов гарантирует следующее соотношение: d = e. Как правило, об этом сообщено на дисплее конкретных весов, а также на "шильдике" - алюминиевой пластинке с заводским номером, прикрепленной к корпусу. Данное равенство позволяет установить связь между дискретностью показаний и погрешностью измерения.

Связь предельно допускаемой погрешности измерений с e для электронных весов каждого класса точности приведена в соответствующих ГОСТах. Можно также посмотреть эти данные в описаниях типа средства измерения, являющихся неотъемлемым дополнением к метрологическому сертификату.

В частности, при эксплуатации весов для статического взвешивания ГОСТом допускается следующая трехступенчатая характеристика погрешности: в начале диапазона взвешивания вплоть до 500е погрешность составляет ±е, до 2000е составляет ±2е, в конце диапазона равна ±3е.

 Обратите внимание, что если на весах не указано d = e, то последний разряд в отсчете не гарантируется, и его можно использовать только как справочный!

 

Точность взвешивания, чувствительность, постоянство показаний и устойчивость - основные метрологические характеристики лабораторных весов.

 Точными весы считают тогда, когда они дают показания измерения массы с отклонением от истинных показаний в пределах допустимой погрешности. По точности лабораторные весы можно разделить на следующие группы:

· Аналитические – весы с точностью свыше 0,1 мг;
· Прецизионные – весы с точностью от 1 г до 1 мг.

Чувствительность весов – их свойство выходить из состояния равновесия при незначительном изменении массы грузов. Чувствительность электронных весов равна их дискретности. 

Устойчивость — свойство весов при выведении их из состояния равновесия самостоятельно после некоторых колебаний возвращаться в первоначальное положение.

Постоянство показаний – способность давать одинаковые показания при многократном взвешивании.

 Рассмотрим наиболее важные функции, которыми могут быть снабжены лабораторные весы.

 Калибровка.

Очень важная функция. Напомним, калибровка средства измерений – это совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и/или пригодности к применению средства измерений, не подлежащего государственному контролю и надзору. 

Перед установкой новых лабораторных весов или при перемещении весов на новое рабочее место необходимо проводить калибровку их показаний. В ходе работы, через определенные промежутки времени весы также должны подвергаться калибровке. 

По типу калибровки весы делятся на 2 группы: 
•весы с внешней калибровочной гирей, при этом калибровку выполняет оператор, используя специальную калибровочную гирю

• весы со встроенной калибровочной гирей, при этом калибровка может выполняться оператором автоматически при помощи встроенного механизма, либо автоматически без участия оператора, например, при адаптации к условиям окружающей среды.

 Выборка массы тары полезна, когда для взвешивания груза необходима тара. При этом допускается взвешивать грузы такой массы, чтобы сумма массы груза и тары не превышала НПВ. Многократная выборка массы тары может быть использована при составлении многокомпонентных смесей. 

Счетный режим позволяет определить количество однородных изделий в партии по известной массе одного изделия.

Компараторный режим - взвешивание с произвольным, предварительно установленным, допуском. Его удобство заключается в том, что вместо считывания показаний и последующего сравнения их с нормой здесь сравнение выполняется автоматически по текущему значению массы, и пользователю достаточно лишь следить за соответствующими указателями на дисплее.

Динамическое взвешивание позволяет усреднить показания, когда груз на платформе нестабилен, например, при взвешивании жидкостей или животных. 

Взвешивание в процентах – в данном режиме измерение массы груза на платформе производится относительно взвешенной нормы, которая принимается за 100%.

Гидростатическое взвешивание - функция весов, предназначенная для определения плотности веществ. При этом груз взвешивают дважды: сначала на воздухе, затем – погружая его в жидкость, что приводит к уменьшению показаний из-за возникновения выталкивающей силы. Используя оба показания, а также известную плотность жидкости (при определении плотности твердого тела) или объем тела (при определении плотности жидкости), рассчитывается искомая величина, и результат выводится на дисплей. 

Графическая шкала позволяет наглядно оценить массу взвешиваемого груза.

Возможность измерения веса груза в нестандартных единицах , таких как караты, унции и т.д. – это еще одно преимущество лабораторных весов.

Интерфейс RS 232 обеспечивает обмен данными с внешним устройством (ПК, принтер). Практически во все лабораторные весы встроен такой интерфейс, но для передачи данных для большинства из них необходимо специальное программное обеспечение.

  Как подойти к выбору весов для вашей лаборатории.

 Итак, теперь, когда мы запаслись необходимым багажом знаний о весах, переходим к выбору. А выбор моделей лабораторных весов на современном рынке очень велик!

Во-первых, определим для себя, весы, с каким НПВ нужны и какова должна быть их точность (мы говорим о цене поверочного деления (e))

Заметим, что на практике обычно выбираем весы исходя из НПВ и просто цены деления.

Например, весы с НПВ 200 г и ценой деления 0,01г или весы с НПВ 500 г и ценой деления 0,1 г. (цена деления весов - значение массы, соответствующее дискретности отсчета цифровых весов)

 Будьте реалистами! Не нужно стремиться приобрести весы более высокого класса точности, чем это необходимо. Высокая точность весов обычно подразумевает высокую чувствительность прибора к различным влияниям, поэтому для таких моделей придется обеспечить специальные условия работы. Кроме того, более точные - это, как правило, более дорогие весы. При более подробном выяснении, оказывается, что, если такая точность и требуется, то не во всем диапазоне взвешивания. В таком случае, разумнее приобрести модель с несколькими диапазонами взвешивания, либо 2 прибора, с разными значениями НПВ и точности.

 

Во-вторых, определяемся, какие минимальные (в граммах) навески предстоит взвешивать на весах (минимальный предел взвешивания - НмПВ) Однако при взвешивании значений близких к НмПВ есть вероятность увеличения ошибки. Поэтому для получения более достоверных результатов лучше пользоваться функцией выборки массы тары.

 Знаем НПВ, НмПВ и определились с точностью, теперь, чтобы исключить лишние затраты, надо четко представлять, какие их функции будут необходимы при работе: простое взвешивание с использованием выборки тары; необходим целый ряд весовых программ; одним из условий является возможность обработки результатов взвешивания на ПК; весы необходимо использовать, как контрольное устройство в Системе Качества, действующей на предприятии.

 Необходимо отметить, что, приобретая весы, стоит задуматься о том, насколько удобны они будут при эксплуатации. К примеру, для работы в полевых условиях разумнее выбрать весы с автономным питанием, а при использовании весов в специальной изолированной камере или в качестве торговых – комплектующиеся дополнительным выносным дисплеем.

Необходимо также заранее учитывать условия, в которых будут работать весы. Например, работа большинства датчиков зависит от температуры окружающей среды, поэтому при колебаниях температуры показания будут меняться, и, если в распоряжении предприятия нет специального помещения, то лучше выбрать весы с автоматической калибровкой. 

Как уже было сказано выше, лабораторные весы должны достаточно часто подвергаться калибровке. Но с весами работают люди, а не машины, и они могут попросту забыть о необходимости калибровки, поэтому, если Вы хотите быть уверенными в результатах взвешивания, лучше остановить свой выбор на весах с калибровкой встроенной гирей, что, помимо всего прочего, избавит Вас от ежедневных физических нагрузок

 Небольшое отступление.

Все весы можно подразделить на три большие категории: весы элитные, весы профессиональные и весы простые.

 Элитные весы предназначены для особо сложных лабораторных исследований. Высочайшие технологии, задействованные при их разработке и производстве, доступны только двум мировым корпорациями, таким как Mettler Toledo (Швейцария) и Sartorius (Германия). Не будем описывать возможности этой группы весов, скажем только, что элитные весы – это весы высочайшей точности, практически вечной работоспособности, максимального удобства в использовании, можно сказать, что это весы с интеллектом.

 Профессиональные весы предназначены для длительных и сложных работ в лаборатории. При этом, только профессиональные весы могут использоваться, как контрольные устройства в системах Управления Качеством.

 Простые весы самая востребованная категория весов на российском рынке. При доступной цене они достаточно удобны, компактны и экономичны. Отвечают всем стандартам по действующему ГОСТу 24104-2001.

 Итак, составляем краткий план выбора весов, для этого последовательно определяемся с:

1. НПВ (наибольшим пределом взвешивания);
2. НмПВ (наименьшим пределом взвешивания);
3. ценой деления (если подходим более профессионально, то с ценой поверочного деления);
4. дополнительными функциями;
5. ценой на весы.

К сожалению, последний пункт в наше время зачастую играет решающую роль. Но не стоит расстраиваться, если это так. Замечательно, если у вас есть возможность приобрести элитные или профессиональные весы и наслаждаться работой с ними. Однако, грамотно выбрав весы из категории простых (и пусть вас не вводит в заблуждение слово «простые», простые – это, например, аналитические весы АВ 310-01С стоимостью порядка 130000 рублей), вы также будете с удовольствием их эксплуатировать.