Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

P81 METROLOGIE HMOTNOSTI. P82 První zmínky o vážení pocházejí ze starého Babylonu, Egypta a Číny. Metrologie hmotnosti dnes patří mezi nejvýznamnější.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "P81 METROLOGIE HMOTNOSTI. P82 První zmínky o vážení pocházejí ze starého Babylonu, Egypta a Číny. Metrologie hmotnosti dnes patří mezi nejvýznamnější."— Transkript prezentace:

1 P81 METROLOGIE HMOTNOSTI

2 P82 První zmínky o vážení pocházejí ze starého Babylonu, Egypta a Číny. Metrologie hmotnosti dnes patří mezi nejvýznamnější a nejrozvinutější oblasti metrologie. Spolu s délkou a objemem jsou nejstarším metrologickým oborem, metrologie hmotnosti má význam pro ekonomiku a pro rozvoj vědy a techniky.

3 P83 Metrologie hmotnosti - obsah 1.Pojem hmotnost 2.Etalonáž hmotnosti 3.Definice, důležité pojmy 4.Tíhové zrychlení 5.Druhy a konstrukce vah 6.Měření hmotnosti – vážení 7.Symbolika vah

4 P84 1. Pojem hmotnosti Je nutno rozlišovat pojmy: hmotnost vs. hmota (nositel vlastnosti hmotnost) Hmotnost jako základní fyzikální veličina je vlastnost, kterou se projevuje hmota (nositel této vlastnosti) Kilogram (kg) je základní jednotkou v soustavě SI, hlavní jednotkou hmotnosti 1 kg je přesně definován, nikoliv však tak přesně jako sekunda a metr - jediná veličina, která je definovaná prototypem - artefaktem. Hmotnost se projevuje setrvačností (1. a 2. NPZ) a gravitací (NGZ).   = 6,67· m 3 ·kg -1 ·s -2 ) setrvačná a gravitační hmotnost jsou stejné (Eötvös) Metrologie se zabývá měřením konstantní klidové hmotnosti m 0 ve smyslu speciální teorie relativity. Hmotnost je vlastnost, kterou můžeme dostatečně přesně měřit (stejně jako délku, čas ovšem mnohem přesněji) a tak valná většina přesných měření v chemii je založena na měření hmotnosti.

5 P85 Násobné jednotky anomálie: gram (díl kg) není hlavní jednotkou ale kilogram Kromě kilogramu se často používají následující jednotky: Mikrogram (  g): malý praktický význam, superstopová množství (vzácné prvky v mořské vodě, obsah krátkodobě žijících izotopů). Miligram (mg): používá se nejčastěji v chemii či v lékařství (obsah kovů v buňkách), v běžném životě se tak malá množství příliš neobjevují.chemiilékařství Gram (g): jednotka pro měření přísad při vaření a nákupu potravin. Cena pro potraviny prodávané v menším množství než jeden kilogram bývá běžně uváděna jako cena za 100 g. Také údaje o obsahu a složení jednotlivých potravin bývají vztahovány k hmotnosti 100 g a tudíž odpovídají hmotnostní koncentraci v procentech. Gram je základní jednotkou hmotnosti ve starší soustavě jednotek CGS. Tuna (t) - nepatří do soustavy SI, avšak je běžně používaná spolu s jednotkami SI (zákonná měřicí jednotka). Odpovídá 1000 kilogramům a v rozporu s obecně platnými pravidly používání předpon SI se používá namísto označení megagram. Vyšší řády hmotností se vztahují k tuně (např. megatuna).soustavy SI Megatuna (Mt): v ekvivalentech megatun TNT se obvykle udává energie uvolněná výbuchem jaderné zbraně. Jedna megatuna TNT je ekvivalentní kaloriím, což je 4,184 · J. Nejsilnější známá jaderná zbraň měla energii odpovídající 50 Mt TNT.TNTjaderné zbraněkaloriím

6 2. Etalonáž hmotnosti

7 P87 Historie etalonáže 1 kg Zaveden poprvé ve Francii zákonem ze dne 13. frimairu r. VIII (10. pros. 1799). Definice podle hmotnosti 1 litru vody prosté vzduchu při teplotě, při které má voda maximální hustotu (3,98 °C), při normálním atmosférickém tlaku (760 mm Hg). Poprvé povinné zavedení v Belgii a v Holandsku 1836 (Francie 1840). Závažné nedostatky, obsahuje totiž kruhovou závislost: jednotka hmotnosti se zde definuje s pomocí tlaku, který je ovšem definován prostřednictvím hmotnosti. Prototyp (1889) mezinárodní etalon – vyroben firmou C. Longue v Paříži a zvolen tak, aby vyhovoval původní definici (založené na hmotnosti 1 litru vody). Kilogram je poslední jednotka SI, která je definovaná pomocí prototypu.

8 P88 Mezinárodní etalon hmotnosti (1 kg) Sèvres u Paříže Etalon ČR, prototyp číslo 67 1 kg + 0,165 mg ± 0,004 mg (k = 1) Etalony hmotnosti

9 P89 Mezinárodní etalon hmotnosti Mezinárodní etalon - 1 kg - slitina Pt (90 %) a Ir (10 %) (BIMP) - rovnostranný válec (39 mm), rel. přesnost – , reprodukovatelnost omezena stavem povrchu. Při výrobě původního standardu však došlo k malé odchylce, kvůli které proto 1 kilogram vody nemá objem přesně 1 litr, ale 1, litru. Dalším problémem je pomalá postupná změna hmotnosti prototypu – uvolňováním brusiva z jeho povrchu za posledních 100 let prototyp ztratil přibližně 50 mikrogramů. Po vyčištění povrchu etalonu vodní parou tento sorbuje na svém povrchu organické molekuly za vzduchu, čímž se jeho hmotnost zvyšuje. Co s dalšími změnami hmotnosti a co když dojde ke ztrátě?

10 P810 Navrhované fyzikální definice Kromě těchto problémů je i z principiálních důvodů definice prototypem považována za neuspokojivou a hledá se ryze fyzikální definice. Některé návrhy: Nějak definovaný počet atomů, např. pomocí Avogadrovy konstanty.atomůAvogadrovy konstanty (1 mol: počet atomů v 0,012 kg izotopu uhlíku 12 C, N A = (6, ± 0, )·10 23 mol -1 ) Vztah hmotnosti a Planckovy konstanty.Planckovy konstanty (h = (6, ± 0, )· J·s) Definice kilogramu jako hmotnosti, která by při působení elektromagnetické síly mezi dvěma vodiči, byla urychlována s daným zrychlením.

11 P811 Primární etalonáž v ČR kopie mezinárodního etalonu uchovávají NMI, původní ČS – etalon 1 kg č. 41 a později koupený č. 65 je v Bratislavě, u nás: ČMI - údržba a uchovávání státního etalonu, údržba a uchovávání etalonů s nejvyšší metrologickou hodnotou ve státě. Etalony: Státní etalon – Pt/Ir prototyp 1 kg, číslo 67 – kopie prototypu z BIPM hmotnost : 1 kg + 0,165 mg ± 0,004 mg (k = 1 ) objem při 0 °C : 46,4352 cm 3 ± 0,0003 cm 3 hustota při 0 °C : 21535,40 kg·m -3 Navazovací etalony jsou závaží z austenitické oceli (25Cr20Ni) 1 kg (2 ks), nejistota ± 0,05 mg. Pracovní etalony dílů a násobku hlavní jednotky: 1 mg - 10 kg, závaží třídy přesnosti dle OIML E1, nejistota ± (0,001-1,5) mg.

12 P812 Primární etalonáž v ČR Přístroje: Metody: metoda přímého porovnání metoda porovnání souborů závaží komparační váhy Mettler Toledo rozsahrozlišitelnostopakovatelnost UMT 5do 5 g 0,1  g < 0,2  g AT 106do 100 g 1  g < 3  g AT g – 1 kg 1  g < 2  g AT – 10 kg 10  g < 20  g

13 P813 AT (1 – 10 kg) AT 1006 (100 g – 1 kg) Hmotnostní komparátory – primární etalonáž ČMI

14 P814 Vývoj relativní nejistoty měření hmotnosti, délky a času

15 P815 Nejlepší schopnosti měření (hladina pravděpodobnosti 95 %): měřená veličina nebo přístroj rozsah kalibracenejlepší schopnost kalibrace a měření etalonová závaží1 mg až 100 mg ± (1 až 1,2)  g etalonová závaží0,1 g až 1 g ± (1,2 až 3)  g etalonová závaží1 g až 10 g ± (3 až 5)  g etalonová závaží10 g až 100 g ± (5 až 16)  g etalonová závaží100 g až 1 kg ± (16 až 80)  g etalonová závaží1 kg až 10 kg± (0,08 až 1,5) mg

16 P816 Etalonáž hmotnosti, závaží odvozené etalony (svědecké, navazovací, pracovní) - zhotovují se z nerezavějící oceli, mosazi nebo niklového bronzu, kromě definované hmotnosti je důležitá hustota (vakuové lití), zamezení koroze vrstvou Cr nebo Au, malá závaží jsou z Pt nebo Al, větší závaží – litina, sekundární etalonáž (od jednotek ng až do 150 tun), etalonáž vyžaduje referenční podmínky (teplota, tlak, vlhkost, konc. CO 2 ) - výpočet hustoty vzduchu (pro korekci na vztlak).

17 P817 Vývoj koncentrace CO 2 v letech 1958 – 2000 na severní polokouli a její oscilace mezi zimním a letním obdobím (konc. v r – 220 ppm):

18 3. Definice, důležité pojmy

19 P819 Definice hmotnosti Hmotnost je objektivní vlastnost všech těles, která se projevuje tím, že při stejném vnějším působení silou tato tělesa nabývají různých zrychlení nebo že k témuž zrychlení je u různých těles třeba různě velkého silového působení. Tedy hmotnost se projevuje dvěma silovými účinky: setrvačností při pohybu a účinkem v tíhovém poli. Dříve se používalo více ne příliš specifikovaných pojmů, jako hmota, materie, látka, masa, váha a tíha. Zmatky umožňovala okolnost, že jednotky hmotnosti a tíhy byly dříve stejné.

20 P820 Další definice Tíha je vektor (síla), který se skládá z gravitační síly a z odstředivé síly. Podobně se tíhové zrychlení jako vektor skládá z gravitačního zrychlení a odstředivého zrychlení. Měření hmotnosti se skládá z několika následujících operací: určení zdánlivé hmotnosti (vážení), určení hodnot ovlivňujících veličin, výpočet hmotnosti. Vážení je určení zdánlivé hmotnosti. Standardní hmotnost (konvenční hmotnost) je konvenční hodnota výsledku vážení na vzduchu za předpokladu, že materiál závaží má hustotu kg/m 3 a vzduch má hustotu 1,2 kg/m 3. Všechny sekundární etalony mají hmotnost vyjádřenou ve formě standardní hmotnosti.

21 P821 Určování hmotnosti Určování hmotnosti se provádí výlučně na základě určování tíhy (tíhové síly, dříve váha). Nejednotnost významu pojmu váha (jednotky) vede ke snahám o odstranění tohoto pojmu z odborné terminologie. Tíha je vektor a má dvě složky, gravitační působení okolních těles a setrvačné síly vyvolané zrychleným pohybem souřadnicového systému (hlavně odstředivá síla otáčení Země). Tíha tak zahrnuje oba projevy hmotnosti. Tíhové zrychlení se mění na povrchu Země co do velikosti a směru. Závisí na zeměpisné šířce a nadmořské výšce. Největší a nejmenší tíhové zrychlení na povrchu Země se liší o 0,5 %. Výsledná síla působící na vážené těleso se ale skládá z tíhové síly a vztlakové síly (vzduch). Vztlaková síla podle Archimedova zákona se rovná tíze vzduchu vytlačeného tělesem, závisí tedy na místním tíhovém zrychlení, na objemu tělesa a na hustotě vzduchu (teplotě, tlaku a vlhkosti, obsah CO 2 ). Mají-li závaží různou hustotu (a tím i objem), hmotnosti se mohou lišit i když jsou tíhy stejné. Postup, kterým se vyloučí vliv vztlakové síly je nazýván redukce vážení na vakuum. Skutečná hmotnost (redukovaná na vakuum) se liší od zdánlivé hmotnosti (bez korekce na vztlak). Vztlaková síla se musí při přesném vážení odečíst.

22 4. Tíhové zrychlení

23 P823 Tíhové zrychlení g

24 P824 Závislost intenzity gravitačního pole Země g g (gravitačního zrychlení) na vzdálenosti od středu Země. vně Země uvnitř Země - nehomogenní rozložení hmotnosti uvnitř Země - kdyby rozložení hm. bylo homogenní R Z – poloměr Země g g (0) – gravitační zrychlení na povrchu Země

25 P825 Tíhové zrychlení Výpočet g (m·s -2 ) podle vzorce Mezinárodní geodeticko-fyzikální unie: g = 9,78049·(1 + 0, ·sin 2  - 0, ·sin 2 (2  )) - 1,967·10 -6 ·H  (°) - zeměpisná šířka H (m)- nadmořská výška Místní tíhové zrychlení je možno stanovit experimentálně pomocí reverzního kyvadla, dnes se to provádí výhradně absolutními balistickými gravimetry. Z jejich měření za pomoci relativních gravimetrů se vytváří gravimetrická síť (síť míst s přesně stanovenými hodnotami tíhového zrychlení), na níž se navazují další měření poměrovými gravimetry.Touto problematikou se zabývá obor geofyzika.

26 P826 Absolutní balistický gravimetr: je založen na určení zrychlení volného pádu tělesa ve vakuu, trajektorie volného pádu testovacího tělesa ve vakuu se měří laserovou interferometrií, přiřazením času ke vzniklým interferenčním proužkům je pozice volně padajícího tělesa měřena jako funkce času a zrychlení volného pádu, k volnému pádu testovacího tělesa dochází uvnitř vzduchoprázdné pádové komory, dráha volného pádu je asi 0,20 m, testovacím tělesem je koutový odražeč, který je umístěn uvnitř vozíku, jehož pohyb nahoru je řízen pomocí elektromotoru, vakuum v pádové komoře Pa (membránová + turbomolekulární + iontová vývěva), interferometr (modifikovaný Mach-Zenderův interferometr) - slouží k měření pozice volně padajícího odražeče a je složen ze: zdroje koherentního světla (helium-neonový kontinuální laser), optických prvků, detektoru interferenčních proužků.

27 P827 Přenosný absolutní balistický gravimetr FG5 v.č. 215 (ČMI): - navržen pro realizaci státního etalonu tíhového zrychlení, - uchováván ve Výzkumném ústavu geodetickém, topografickém a kartografickém, v oddělení geodezie a geodynamiky, gravimetrická laboratoř na Geodetické observatoři Pecný, Ondřejov 244 (pilíř, °C,<50% r.h.).

28 P828 Série absolutních měření gravimetru FG5 v.č. 215 na GO Pecný a sezónní variace tíhového zrychlení:

29 P829 Bouguerova anomálie = měřené tíhové zrychlení - tíhové zrychlení modelové Země

30 5. Druhy a konstrukce vah

31 P831 Rozdělení vah podle třídy přesnosti ČSN AC ( v závorce vžité starší označení podle ČSN ) váhy zvláštní přesnosti (jemné): etalonové (metrologické) váhy : velká citlivost a stálost analytické váhy (váživost): makroanalytické (do 200 g), semimikroanalytické ( g), mikroanalytické (do 10 g) váhy vysoké přesnosti (přesné): laboratoře, výroba, obchod (drahé kovy, lékárny), váhy střední přesnosti (běžné): běžný obchod, potraviny, váhy běžné přesnosti (hrubé): tržiště, ryby před vánocemi.

32 P832 Klasifikace vah Třída přesnosti I, váhy zvláštní přesnosti, 0,001 g ≤ e, minimální počet ověřovacích dílků (e) je , maximální počet není určen, dolní mez váživosti je 100e. Třída přesnosti II, váhy vysoké přesnosti, - je-li 0,001 g < e ≤ 0,05 g, pak minimální počet ověřovacích dílků je 100 a maximální počet je , dolní mez váživosti je 20e, - je-li 0,1 g ≤ e, pak minimální počet ověřovacích dílků je a maximální počet je , dolní mez váživosti je 50e. Hodnoty největších dovolených chyb při prvotním ověřování: Pro zatížení m, vyjádřené počtem ověřovacích dílků Hodnoty největších dovolených chyb při používání jsou dvojnásobkem největších dovolených chyb při prvotním ověřování. Největší dovolené chyby Třída ITřída IITřída III ±0,5e0 < m ≤ < m ≤ < m ≤ 500 ±1e < m ≤ < m ≤ < m ≤ ±1,5e < m < m ≤ < m ≤

33 P833 Pákové váhy přímé srovnání neznámé hmotnosti m 1 se známou m 2 - vysoká přesnost, údaj nezávislý na místní hodnotě g, pákové váhy nejstarší a nejrozšířenější, z důvodů přesnosti a spolehlivosti metrologické předpisy v minulosti dovolovaly používat v hospodářském styku jen tento druh vah, použití metrologie i praxe: laboratorní váhy, analytické váhy, etalonové váhy), nejsou vhodné jako mikrováhy, mají velkou hmotnost, zvláště váhy aut a vagonů, porovnává se moment síly M 1 = M 2 F 1 ·l 1 = F 2 ·l 2 Rovnoramenné váhy: l 1 = l 2 m 1 = m 2 Nerovnoramenné váhy: l 1 ≠ l 2 - decimální váhy (decimálky): l 1 = 10·l 2 - sklonná váha (m 2 = konst.) Pákové váhy: závažové s řadivým závažím s běžcem (běhounové) se stupnicí a bez s neautomatickým, polo a autom. vyvažováním

34 P834 Schéma závažové váhy Schéma váhy s běžcem (přezmeny) Schéma sklonné váhy Různé způsoby vyvažování na pákových vahách: kompenzační metody: výchylková metoda:

35 P835 Typické obdélníkové vahadlo analytických vah 1 - vahadlo 2 - jazýček 3 - hrubé nastavení citlivosti 4 - jemné nastavení citlivosti 5 - vyvažovací (tárovací) matice 6 - dráha jezdce 7 - achátová očka 8 - střední achátový břit 9 - držák středního břitu 10 - kulová matice pro svislé posouvání krajní achátové břity 12 - držáky krajních břitů 13 - šrouby pro vodorovnou justaci 14, 15 - šrouby pro svislé nastavování 11 16, 17, 18 - šrouby pro natáčení 11

36 P836 Pákové váhy bez tlumení Pákové váhy s tlumením

37 P837 Vztlakové váhy Kapalinová vztlaková váha je plovák, který se při různé zátěži noří do různé hloubky. Hloubka ponoru udává tíhu váženého předmětu. Uplatnění hlavně při měření hustoty (areometr, Mohrovy vážky, lihoměry, cukroměry, moštoměry). Vzdušné nebo plynové vztlakové váhy se uplatňují jako mikrováhy. Skládají se z jemného vahadla s dutou skleněnou kuličkou. Odčerpáním vzduchu se mění vztlak do rovnováhy, z podtlaku se určí hmotnost.

38 P838 Váhy s elastickým prvkem Jsou nejrozšířenější vedle pákových vah, síla kompenzující měřenou hmotnost je dána deformací určitého prvku. využití Hookova zákona deformační (pružné) váhy (údaj závisí na g): –torzní váhy (zkrut-torze tenkého vlákna) –pružinové váhy (protažení nebo stlačení péra), mechanická indikace deformace: jazýčkem nebo ručkou na stupnici, mechanickým převodem pákovým nebo s ozubením, zemědělství (pytle s obilím, zabitá zvířata) - váha bývá opatřena závěsným okem (strop, konstrukce) a hákem/okem pro zavěšení předmětů, indikace deformace pomocí mechanicko – elektrických převodníků (tenzometrického, odporového, kapacitního a impedančního). Tenzometrické váhy: - moderní (signál do PC), velká přesnost, odolnost a rozsah (  g až desítky tun), - laboratoře, kuchyňské váhy, v ordinacích (osobní váhy), vážení vozidel (mostové a silniční váhy).

39 P839 Princip piezoelektrického snímače Princip magnetostrikčního snímače

40 P840 Hydraulické váhy Zde tíha působí na píst a vyvolává změnu tlaku, kterou je možno měřit deformačním prvkem (méně přesné). Je možno použít vyrovnání druhým pístem o různé ploše, čímž vzniká hydraulický převodový poměr: P 1 = P 2 F 1 /S 1 = F 2 /S 2

41 P841 Magneticko-elektrické váhy Vyvážení tělesa nastává silovým účinkem magnetického pole elektrického proudu. Odstraňuje se tím chyba reverzibility. Tyto váhy mají regulační obvod, mají indikátor odchylky, zesilovač a silový element působící na vahadlo. Procházející proud pak kompenzuje a určuje velikost tíhy. Takto jsou konstruovány současné váhy v obchodech. Protože mají paměť, mohou odečítat hmotnost obalu (tára), obsahují mikropočítač, mohou sejmout číslo výrobku z čárového kódu, z databáze získají cenu za kus nebo na jednotku hmotnosti, na štítku pro pokladnu udávají hmotnost a cenu, opět v čárovém kódu. Informace o prodeji zboží se může počítačovou sítí přenášet na další zpracování dat.

42 P842 Schéma pákových vah s elektromagnetickou kompenzací zatížení: 1 - vahadlo 2 - pružný závěs 3 - kompenzační cívka 4 - protizávaží 5 - štěrbina 6 - světelný zdroj 7 - dvojice fotosnímačů 8 - koncový závěs 9 - nosič misky 10 - miska 11a - vodicí rameno 11b - vodicí rameno 12 - pružné klouby 13 - permanentní magnet 14 - snímač polohy

43 P843 Elektronické váhy:

44 P844 Vážení ve stavu beztíže ve stavu beztíže nelze uplatnit měření tíhové síly, využití setrvačných vlastností těles (2. NPZ), těleso hmotnosti m (lidské tělo se sedačkou) upevněno pružinami, vyvolání kmitavého pohybu. Na Mezinárodní vesmírné stanici ISS je zařízení ruské výroby: IMT-01 (Измеритель массы тела ИМТ-01) - kontrola hmotnosti kosmonautů.

45 6. Měření hmotnosti - vážení

46 P846 Vážení - pojmy ČSN AC - Metrologické aspekty vah s neautomatickou činností Váha je měřicí přístroj pro určení hmotnosti měřených těles. Závaží je zhmotnělá míra (ztělesněná míra), která v průběhu používání reprodukuje zvolenou (tzv. jmenovitou) hodnotu hmotnosti. Váživost vah je určena horní mezí váživosti (Max) a dolní mezí váživosti (Min). Nosnost vah (Lim) je maximální statické zatížení, které mohou váhy unést bez trvalé změny svých metrologických vlastností. Skutečná hodnota dílku (d) je vyjádřená v jednotkách hmotnosti. Ověřovací dílek (e) je vyjádřený v jednotkách hmotnosti, je to důležitý údaj pro klasifikaci vah (určení třídy přesnosti). Počet ověřovacích dílků je n = Max/e.

47 P847 Vlastnosti vah Stabilita vah: Vzhledem k poloze těžiště vahadla (včetně misek a zatížení) a poloze břitu, kolem kterého se vahadlo otáčí může být systém stabilní (těžiště vahadla je pod břitem), nestabilní a astatický. Praktický význam mají jen stabilní váhy. Váhy s malým stabilizačním momentem jsou citlivější, avšak také citlivé na otřesy, nečistoty a nedostatky břitů a lůžek. Citlivost vah: Je to poměr změny ukazovatele ke změně hmotnosti. Změna ukazovatele může být vyjádřena v úhlu, v dílcích nebo v mm. Citlivost závisí na zatížení, s rostoucím zatížením klesá citlivost a roste stabilita. Křivka citlivosti vah: závislost citlivosti na zatížení. Dynamika vah: Diferenciální rovnice pohybu vah se odvozuje z působících momentů sil. Je zde moment působící síly (hmotnost x tíhové zrychlení x délka ramene) a proti němu působí moment závaží. Proti pohybu pak působí moment setrvačnosti, moment tlumení a moment způsobený třením. Řešením této rovnice je pohyb vahadla, který může být aperiodický, periodický i na mezi periodicity. Vhodným tlumením lze zvolit příslušný druh chování. A tak rozlišujeme váhy netlumené (přesnější, používané v etalonáži), váhy s kritickým tlumením (na mezi aperiodicity) a váhy přetlumené (omezené použití).

48 P848 Rovnovážná poloha netlumených vah se zjišťuje podle určitého počtu za sebou následujících kyvů. Chyba určení této rovnovážné polohy závisí na útlumu vah, zvětšením počtu kyvů ji také potlačíme. Polohu konce i tého kyvu na stupnici v dílcích označíme jako O i. Pak se rovnovážná poloha počítá podle následujících vzorců:

49 P849 Zkoušení analytických vah stálost nulové polohy a výsledku při 100 % zatížení (provádí se opakovaným vážením), citlivost vah, vyhodnocuje se při různém zatížení, přesnost (nedodržení převodu vahadla – záměna váženého tělesa a závaží, dělení a poloha stupnice jezdce, chyba stupnice sklonového rozsahu), tlumení (dosažení malého tlumení u netlumených vah a kritického tlumení u vah tlumených), sdružená zkouška váhy obsahuje stálost nulové a rovnovážné polohy s určením citlivosti.

50 P850 Zkoušení závaží příprava závaží, čištění, uchovávání a používání, požadavek na materiál, dodržení jmenovité hmotnosti a hustoty materiálu, zkoušení jednotlivých závaží pomocí etalonu, souhrnná zkouška s navázáním na jeden etalon: Existují dva typy zkoušek: –v první zkoušce je počet nezávislých pozorování stejný jako počet neznámých (tzv. nutný počet vážení), vypočteme hodnoty hmotnosti jednotlivých závaží, –v druhé zkoušce je počet nezávislých pozorování větší než počet hledaných neznámých (hodnot hmotností jednotlivých závaží). Zde se jedná o nekonsistentní (přeurčený) systém rovnic, řeší se metodou nejmenších čtverců. Zde určíme nejen hmotnost jednotlivých závaží, ale i výběrové směrodatné odchylky těchto hmotností, tedy jejich nejistoty.

51 P851 Tabulka dovolených odchylek provozních závaží tří tříd:

52 P852 Používání vah (váhovna) Váhy vyžadují pro svou správnou činnost určité prostředí a proto je umisťujeme ve váhovně, kde toto prostředí můžeme zavést a dodržet. omezit: otřesy a chvění, proudění vzduchu a sálavé teplo, část budovy bez rušivých vlivů s okny na sever, váhovna by měla mít: předsíň, hladkou podlahu bez spár, matné stěny a zářivkové osvětlení s potlačením stroboskopického efektu, čistota a bezprašnost, udržování: teploty v mezích ± 3 °C až ± 0,5 °C, rel. vlhkosti (60 ±10) %, váhy - zvláštní pevné a těžké stoly, konzoly vetknuté do zdí, vlivy: teplota (poměr ramen), vlhkost (adsorpce na vahadle, miskách a hygroskopických nečistotách), magnetické pole působí na feromagnetický materiál (nikl na povrchu vahadla a závaží), elektrostatické pole (mikrováhy, vzniká el. náboj na materiálech z plastů, hrot pinzety, oděvy, sedačky, povrch podlahy, odstraňuje se slabým radioaktivním zářičem α).

53 P853 Metody vážení Kompenzační (nulová): silový moment tíhy váženého předmětu se vyrovnává silovým momentem závaží nebo momentem elektromagnetického působení. Substituční metoda využívá náhrady váženého předmětu na stejné misce závažím. Potlačuje se tak nerovnoramennost vah. Výchylková metoda využívá proměnného kompenzačního momentu podle hmotnosti, údaj o hmotnosti je dán výchylkou ukazovatele na stupnici. Často se vyskytují i kombinace těchto metod.

54 P854 Přesné vážení proporcionální vážení (jde-li o poměr dvou hmotností), používané v chemických laboratořích. Odvažujeme tzv. navážku materiálu a pak odvažujeme isolovanou chemickou sloučeninu, z poměrů hmotností obvykle počítáme složení. Tato metoda je ovlivněna vztlakem při různých hustotách látek. substituční metoda, Bordova metoda. Je to metoda získání přesnější hodnoty hmotnosti, vážené těleso vyvážíme tárou (materiálem na opačné misce). Pak provedeme nové vyvážení se závažím na stejné misce jako vážené těleso. Metoda eliminuje vliv nerovnoramennosti vah. metoda dvojího vážení, Gaussova metoda. Dvojí vážení se záměnou měřeného tělesa a závaží na miskách vahadla. Eliminuje se nerovnoramennost vah, zjistí se číselná hodnota této nerovnoramennosti, takže ji lze použít pro pozdější korekce i jediných vážení, chyba je poloviční proti substituční metodě. Mendělejevova metoda, substituční metoda s konstantním zatížením vah. Používá se s výhodou v etalonáži hmotnosti celých sad závaží. Na jednu misku se vloží celá sada závaží a na jinou misku se provede vytárování. Pak výměnou jednotlivých závaží a jejich záměnou za příslušné etalony zjistíme rozdíly hmotnosti. Váhy mají konstantní zatížení a tím i konstantní citlivost. Malé rozdíly hmotností můžeme pak odečítat přímo na stupnici podle jazýčku vah v jednotkách hmotnosti, což při různém zatížení není možné. Je-li zatížení vah proměnné, pak stupnice vah je jen v dílcích, nemůže být v jednotkách hmotnosti.

55 P855 Redukce vážení na vakuum Označíme-li si tíhu závaží Z a tíhu váženého tělesa G, pak hmotnosti označíme m s odpovídajícím indexem a také hustoty ρ s odpovídajícími indexy. Hustota vzduchu bude mít index vz. Při rovnosti tíh na vahách bude platit: G = Z Dosazením a úpravou získáme vztah: Protože hledaná hmotnost m G se vyskytuje i na pravé straně rovnice, je možné úpravou vyjádřit m G explicitně, jinak se výpočet obvykle provádí iteračně. Zanedbáním této opravy vzniká chyba v určení hmotnosti až 1 %.

56 7. Symbolika vah

57 P857 Souhvězdí vah (latinsky Libra) – též anomálie jediná věc ve zvěrokruhu (jinak tvorové),

58 P858 Johanes Hevelius ( ) – mapa hvězdné oblohy


Stáhnout ppt "P81 METROLOGIE HMOTNOSTI. P82 První zmínky o vážení pocházejí ze starého Babylonu, Egypta a Číny. Metrologie hmotnosti dnes patří mezi nejvýznamnější."

Podobné prezentace


Reklamy Google