ООО Зерприбор

В основу построения всех рычажных коромысловых весов положены принципы равновесия рычага и равновесия механизма. Эти два принципа определяют всё разнообразие конструкций весов и весовых механизмов, в которых высокая точность обеспечивается компенсационным нулевым методом измерения. Первому случаю соответствуют коромысловые равноплечие весы, второму случаю соответствуют платформенные неравноплечие весы общего назначения.

Теория рычажных весов в первом приближении исследует зависимости чувствительности, точности и постоянства показаний от их геометрических и конструктивных показателей, действующих на весы нагрузок без учёта деформаций призм, подушечек, рычагов, сил трения и сопротивления среды.

Чувствительность коромысловых весов оценивается отношением отклонения подвижного указателя равновесия коромысла к изменению массы взвешиваемого груза, вызвавшего это перемещение. Применительно к рычажным весам изменяемой величиной будет разность измеряемой массы и уравновешивающей массы,  , которая равняется максимально допустимой погрешности.

В общем случае уравнение неравноплечего нагруженного коромысла, ось вращения которого совпадает с началом координат О неподвижной системы OXY и неподвижной системой координат O , жёстко связанной с коромыслом (рис. 19.3) может быть представлено в виде:

Если линия призм АВ будет проходить над опорной призмой, то координаты будут отрицательные, а чувствительность коромысла будет увеличиваться с увеличением нагрузки, но состояние коромысла будет неустойчивым.

Повышение чувствительности в весах с  >0 при увеличении массы возможно за счёт увеличения плеча коромысла, l уменьшения его массы  , уменьшения расстояния от центра тяжести коромысла до точки опоры S и уменьшения просвета  . Следует заметить, что увеличение длины плеча коромысла находится в противоречии с требованием уменьшения его массы и просвета, который может увеличиться с увеличением прогиба коромысла. Наивыгоднейший размер коромысла, при котором весы будут обладать наибольшей чувствительностью, определяется как минимальная длина, удовлетворяющая условию экстремума функции, характеризующей отношение массы к длине коромысла.

Наряду с обыкновенными коромысловыми весами, в которых определение массы материала производится прямым методом измерения путём её сравнения с массой гирь в одном определённом положении, применяются весы с постоянным уравновешивающим грузом. В них значение массы оценивается по величине угла отклонения коромысла (рис. 19.4). Поскольку максимальный угол поворота маятникового груза не может превышать 900 и находиться в пределах одного квадранта, такие весы получили название квадрантных. Значение измеряемой массы М при таком способе будет пропорционально величине и углу отклонения массы   маятникового груза и также расстоянию от центра тяжести В до точки опоры О.

Произведя аналогичные предыдущему случаю действия, получим выражение для чувствительности таких весов:

Анализируя (19.9) нетрудно прийти к выводу, что круговая шкала X0 – неравномерная. Наибольшая чувствительность будет соответствовать среднему значению шкалы. Неравномерная шкала может быть заменена равномерной прямолинейной или шкалой, поставленной под некоторым углом к горизонту.

Частным случаем коромысловых весов с маятниковым противовесов является Г – образное коромысло , плечи которого взаимно перпендикулярны ( АО^ВО). В этом случае чувствительность будет не зависеть от угла поворота коромысла и нагрузки. Шкала этих весов может быть равномерной и прямолинейной. Однако чувствительность таких весов невысокая, а размеры шкалы могут быть значительными (если угол отклонения большой).

Избежать некоторых из вышеперечисленных недостатков можно в квадрантных весах, грузоприёмное плечо, которое сделано в виде кругового сектора радиуса r, а действующая на весы нагрузка воспринимается через огибающую грузоприёмный сектор гибкую ленту (рис.19.5). Чувствительность этих весов возрастает с увеличением нагрузки. Основным достоинством таких весов является равномерная шкала. Недостатки такие же, как и для весов предыдущего типа, – малая чувствительность.

Период колебаний Т (время одного полного колебания) весовых рычажных систем зависит от момента инерции JПР и производной от восстанавливающего момента.

Формулы чувствительности и периода колебаний весов могут быть использованы для определения коэффициента трения в паре призма – подушечка.