Методические указания для проведения лабораторного занятия на тему «Определение массы материала с помощью лабораторных весов FA2104»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА города СЕМЕЙ
Документ СМК 3 уровня	Редакция №1 от «25» февраля 2015 г.	Ф Р 042-1.02-2015-03
Методические указания

Инженерно-технологический факультет

Кафедра «Техническая физика и теплоэнергетика»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОГО ЗАНЯТИЯ

НА ТЕМУ «ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ МАТЕРИАЛА С ПОМОЩЬЮ ЛАБОРАТОРНЫХ ВЕСОВ FA2104»

для магистрантов специальностей

6М071700 – «Теплоэнергетика»,

6М072300 – «Техническая физика».

Семей

2016

Предисловие

1 РАЗРАБОТАНО

Составитель ________ «____» _______20___ г.

, канд. техн. наук, и. о. доцента кафедры «Техническая физика и теплоэнергетика»

Методические указания для проведения лабораторного занятия на тему «Определение массы материала с помощью лабораторных весов FA2104» для магистрантов специальностей 6М071700 – «Теплоэнергетика», 6М072300 – «Техническая физика».                                                                                

2 ОБСУЖДЕНО

Методические указания рассмотрены на заседании кафедры «Техническая физика и теплоэнергетика»,

Протокол от «____» __________ 20__ года, № __.

Заведующий кафедрой ___________

Методические указания рекомендованы для использования в учебном процессе на заседании учебно-методического бюро инженерно-технологического факультета

Протокол от «____» __________ 20___ года, № __.

Председатель ______________

Содержание

1        Общие сведения        4

2        Сведения о весах FА2104        6

3        Установка весов        7

4        Калибровка весов        8

5        Взвешивание        10

6        Информация об ошибках и устранение проблем        11

7        Возможные источники погрешности электронных весов        12

8        Контрольные вопросы        13

9        Правила пользования весами        13

Список использованной литературы        13

Общие сведения

Наиболее распространенным видом измерений во всем мире является измерение массы. В связи с этим, за последнее время появилось большое разнообразие весовой техники, позволяющей удовлетворить любые требования потребителя.

Принципы построения весов сводятся к измерению силы, возникающей при нагружении весов массой M. Приложенная сила воздействует на первичный преобразователь (датчик), состоящий из упругого элемента и преобразователя деформации, механически связанного с упругим элементом и преобразующим эту деформацию в электрический сигнал.

В настоящее время в весовой технике нашли применение следующие типы преобразователей:

1 Виброчастотный (струнный).

Он основан на изменении частоты натянутой металлической струны, установленной на упругом элементе, в зависимости от величины силы, приложенной к нему. Влияние внешних факторов, таких как влажность, температура, атмосферное давление, внешние вибрации, а также сложность изготовления привели к тому, что данный тип датчиков не нашел широкого применения.

2 Пьезокварцевый.

Он основан на изменении частоты кварцевого кристалла, механически связанного с упругим элементом, при воздействии приложенной к нему силы. Изменение параметров кристалла при воздействии на него внешней среды также привели к тому, что эти датчики не нашли широкого применения в весовой технике.

3 Тензометрический.

Он основан на изменении сопротивления тензорезисторов, наклеенных непосредственно на упругий элемент в поле деформаций и соединенных по мостовой схеме. Измеряемое усилие с помощью упругого элемента преобразуется в деформацию, которая воспринимается тензорезисторами, меняющими свое сопротивление. Это изменение в измерительной цепи преобразуется в изменение напряжения, пропорциональное приложенной силе.

Тензорезисторный тип датчика нашел наиболее широкое применение в весовой технике по следующим причинам:

1 Высокое качество тензорезисторов, обусловленное современными технологиями при их изготовлении;

2 Простота изготовления датчиков, не требующая сложного технологического оборудования при массовом производстве;

3 Низкая стоимость в сочетании с высокими техническими характеристиками;

4 Возможность простыми техническими средствами компенсировать влияние внешних факторов;

5 Стабильность характеристик в течение всего срока службы.

Анализ мирового рынка весов показывает, что основные фирмы-производители весового оборудования выпускают весы, построенные на тензометрических датчиках.

Важными параметрами электронных весов являются метрологические характеристики: наименьший и наибольший пределы взвешивания, дискретность, цена деления, погрешность измерений, калибровка и тип датчика.

Наибольший предел взвешивания (НПВ)

Для каждых весов существует максимальная масса, которую они в состоянии измерить. Она определена в документации прибора и приводится на его корпусе. Этот максимальный вес называется наибольшим пределом взвешивания.

Наименьший предел взвешивания (НмПВ)

Любые весы имеют ограничение и на минимальную массу, которую они могут измерить. Она называется наименьшим пределом взвешивания. Знать наименьший предел взвешивания важно, т. к. весы выводят вес на дисплее даже в случае, если измеряемый вес меньше НмПВ, однако достоверными эти показания считать нельзя.

Дискретность, цена деления и погрешность измерений

Показания результатов взвешивания на индикаторе электронных весов отображаются с некоторой дискретностью, обозначаемой величиной d. Например, если дисплей торговых весов показывает вес 1 кг, то при добавлении груза весом 3 г показания будут равны 1,005 кг, т. е. будут меняться с дискретностью d=5 г. Многие ошибочно полагают, что величина d и является погрешностью измерения веса, но это не так.

Понятие погрешности необходимо для определения точности взвешивания и для сравнения различных весов между собой. Поскольку абсолютно точно вес измерить невозможно, то показания весов считаются достоверными с определенной погрешностью измерения. Предельно допустимая погрешность измерений определяется специальной метрологической величиной е – ценой поверочного деления. Связь предельно допускаемой погрешности измерений с ценой поверочного деления для весов каждого класса точности приведена в соответствующих ГОСТах. Электронные весы могут иметь так называемый многодиапазонный режим измерений, при котором весь интервал от наименьшего до наибольшего пределов взвешивания разбивается на два или три участка со своими значениями d и e, что позволяет увеличить точность показаний.

Не требуйте от весов высокой точности измерения одновременно с большим значением НПВ. Решите сначала, что важно в первую очередь. Для точного взвешивания лучше выбрать весы с меньшим значением e и небольшим НПВ соответственно.

Калибровка

Калибровка средств измерений – совокупность операций, выполняемых в целях определения действительных значений метрологических характеристик средств измерений.

По типу калибровки весы делятся на:

• весы с внешней калибровочной гирей (калибровочная гиря помещается сотрудником на платформу весов и нажимается кнопка калибровки),

• весы с встроенной калибровочной гирей (процедура калибровки выполняется встроенным в весы механизмом, сотрудник только нажимает кнопку калибровки, когда это необходимо),

• весы с автоматической калибровкой (весы сами определяют время калибровки и калибруют, участие сотрудников в процессе калибровки не требуется).

Сведения о весах FА2104

Лабораторные весы типа FA (далее весы) относятся к электронным лабораторным весам общего назначения и применяются в различных областях науки, техники и торговли для точного взвешивания.

Весы обладают следующими основными функциями:

• определение массы груза;

• подсчет числа одинаковых деталей в пробной партии по их массе;

• выборка массы тары из диапазона взвешивания;

• выбор единиц измерения массы и загрубление показаний;

• связь с внешним устройством через интерфейсный разъем RS-232C;

• звуковой сигнал ошибки во время взвешивания.

Таблица 1. Параметры весов.

Наибольший предел взвешивания, г	210
Дискретность отсчета, г	0,0001
Класс точности	I
Способ калибровки	внешний
Габаритные размеры весов, мм	365?223?338
Размер платформы, мм	o90
Эффективная высота над платформой, мм	210
Масса весов нетто (брутто), кг	4,5 (7,5)

Клавиатура Дисплей Кнопка открывания стеклянной дверки Защита от ветра Крышка, скрывающая крючок (в нижней части весов) Регулировочные опоры Ветронепроницаемое покрытие Замок стеклянной крышки Платформа для взвешивания Индикатор уровня Порт RS232 USB порт (опционально) Разъем питания
Установка весов

Для осуществления точных измерений необходимо установить весы правильно. Необходимо убедиться, что:

весы выставлены по уровню и стоят устойчиво на поверхности, исключающей вибрацию; весы защищены от попадания прямого солнечного света; весы не подвергаются резким колебаниям температуры; весы защищены от движения воздуха.

Наиболее удачные места для установки: угол полки или устойчивого стола, расположенного как можно дальше от дверей, окон, радиаторов и источников кондиционирования воздуха.

При помощи настройки регулировочных опор необходимо добиться расположения воздушного пузырька по центру индикатора уровня.

Калибровка весов

Для осуществления точных измерений необходимо проведение калибровки весов к местной гравитации.

Калибровка необходима в случаях:

перед первым взвешиванием; если весы не использовались некоторое время изменения местоположения весов.

Весы необходимо включить на 60 мин. перед проведением калибровки, чтобы они прогрелись до рабочей температуры, что обеспечит необходимую точность работы.

Порядок внешней калибровки:

Очистите платформу весов. Приготовьте калибровочный  образец (эталон). Удерживайте , пока на дисплее не появится «CAL». Значение необходимого для калибровки веса высветится на дисплее. Поместите требуемый калибровочный образец на платформу. Когда на дисплее высветится «0.0000 g» уберите образец с платформы. Как только на дисплее высветится «CAL donE» и раздастся короткий звуковой сигнал, калибровка будет завершена. Весы автоматически вернутся в рабочий режим. После отображения на дисплее «0.0000 g» весы готовы к работе.

Замечание: коротким нажатием можно остановить калибровку в любой момент.

Взвешивание
Вкл/выкл весов

Включение – удерживайте . Будет осуществлена самодиагностика и выставление весов на нуль. После этого весы можно использовать. Выключение – удерживайте некоторое время, пока не погаснет дисплей.

Обычное взвешивание

– Поместите образец на платформу. – Подождите, пока показания не станут устойчивыми. – Считайте данные.

Взвешивание без массы тары

– Поместите пустую тару на платформу. – Весы покажут вес тары. – Нажмите . – Поместите образец в контейнер, весы покажут вес образца. После снятия с весов контейнера, показания на дисплее будут отрицательными. Эти показания будут храниться, пока весы не будут отключены или не будет нажата кнопка .

Замечание: данная функция не может быть использована при отрицательных показаниях на весах и при превышении НПВ.

Обнуление

Нажмите для обнуления весов.

Информация об ошибках и устранение проблем
Если самодиагностика после включения весов прошла неудачно, то на дисплее могут высветиться следующие сообщения:

проблемы с CPU, необходим ремонт

проблемы с клавиатурой

проблемы с памятью

проблемы с запуском АЦП

Ошибки в процессе взвешивания

А. Слишком большой вес образца, превышающий НПВ:

- слишком тяжелый образец, необходимо уменьшить измеряемый вес;

- возможно неправильно осуществлена калибровка (использован более легкий калибровочный образец), необходимо произвести калибровку заново.

Б. Слишком легкий вес:

- платформа неправильно установлена;

- проверьте, нет ли под платформой посторонних предметов.

В. Показания на дисплее превысили 9999999. Превышено допустимое количество символов на дисплее.

- Если ошибка произошла при взвешивании одного цельного образца, то разгрузите весы ( исчезнет), после чего попробуйте взвесить другой образец. 20, 50, 100 образцов могут быть взвешены группами по 10 экземпляров.

- Если ошибка произошла при взвешивании в процентах, то разгрузите весы ( исчезнет), после чего попробуйте взвесить другой образец.

Возможные источники погрешности электронных весов

При использовании высокоточных весов, таких, как весы аналитические или лабораторные, существует вероятность погрешности измерений. Источником таких погрешностей могут стать следующие факторы:

1 Статическая плавучесть;

2 Использование дефектного контрольного веса (используется для мошенничества при взвешивании);

3 Потоки воздуха, даже самые слабые, могут повлиять на результаты взвешивания;

4 Трение между движущимися частями весов;

5 Осевшая пыль на поддоне;

6 Весы могут быть не откалиброваны калибровочными гирями;

7 Механическая деформация деталей из-за перепадов температуры;

8 Гравитационное поле Земли может влиять на металлические детали в конструкции весов;

9 Магнитные поля от устройств, расположенных в непосредственной близости от весов, могут влиять на металлические компоненты весов;

10 Магнитные нарушения сенсоров;

11 Электростатическое поле;

12 Химическая реакция между взвешиваемым веществом и воздухом (или, в случае коррозии, весами);

13 Конденсат на холодных предметах;

14 Испарение воды с теплых предметов;

15 Конвекция воздуха;

16 Сила Кориолиса от вращения Земли;

17 Гравитационные аномалии, такие, как использование весов в непосредственной близости от гор;

18 Вибрации и сейсмические волнения: например, вибрации от проезжающего мимо грузового автомобиля;

19 Установка весов на мягкую поверхность (ковер или резиновое покрытие).

Контрольные вопросы

1 Что такое наибольший предел взвешивания?

2 Что такое наименьший предел взвешивания?

3 Если дискретность весов равна 2 г, то какие будут показания на весах, если поместить на них образец массой 2,347 кг?

4 Для чего весы перед использованием необходимо калибровать?

5 Какова процедура калибровки весов FA2104?

6 Какая дискретность у весов FA2104?

7 Какой НПВ весов FA2104?

Правила пользования весами

1 Запрещается устанавливать на чашку груз, масса которого превышает наибольший предел взвешивания весов;

2 Запрещается при включенных в сеть весах присоединять (отсоединять) периферийные устройства к разъему интерфейса RS232;

3 Запрещается использовать блоки питания других типов, кроме блока, поставляемого с весами;

4 Персонал, работающий с весами должен изучить Руководство по эксплуатации весов и знать правила работы с электрооборудованием напряжением до 1000 В;

5 Весы подключаются к сети через блок питания. Сначала следует подключить блок питания к весам, а затем к сети;

6 Взвешиваемый образец необходимо помещать в центре платформы.

7 Помещать образцы на платформу можно только при помощи пинцета или используя резиновые перчатки.

Список использованной литературы

Analytical balance, FA/FB/JA Series. Manual. , , Аналитические весы и техника взвешивания: Методические указания. – Санкт-Петербург, СПбГТИ (ТУ), 2006. – 15 с.