[Метрология] Высокоточные весы
Коромысло и весы
Лучшими образцами точных весов в начале 20 века были приборы, изготовляемые фирмой Рупрехт в Вене. Коромысло весов, приготовленное из золоченой бронзы, имело длину около 66 см (несколько больше обычно принятой нормы), форма исполнения - растянутый ромба; через его середину проходила стальная призма, нож которой упирается на агатовую подушку. Концы коромысла также были снабжены призмами, на которых были подвешены чашки весов.
Подвес состоял из крестообразного соединения, дающего две степени свободы для колебаний чашек. Чувствительность таких весов очень высокая, она дает возможность определения массы в 1000 г. с точностью до миллионных долей грамма. Для регулирования чувствительности коромысло снабжали регулировочной гайкой, имеющей вертикальное перемещение; в горизонтальном направлении центр тяжести перемещали две специальные гайки.
Кроме весов Рупрехта, приборы такого же хорошего качества изготовлялись фирмой Немеца в Вене. В существенных своих частях эти весы не отличаются от описанного образца. Такого типа весы со всеми приспособлениями существовали как для взвешивания малых величин масс — до 20 г, так и больших — до 50 кг.
Аналитические весы
Такие весы служат химикам для количественных анализов. К ним относят ряд приборов, предназначенных для сравнительно узкого круга максимальной нагрузки — от 50 г. до 200 г. Точность аналитических весов, предназначенных для максимальной нагрузки (200 г.), в зависимости от качества прибора и целей, для которых он предназначен, колеблется от 0,05 мг до 1 мг.
Число конструкторов, изготовлявших в начале 20 века прекрасные аналитические весы, было очень велико (Бунге, Кульман, Сарториус, Рупрехт, Немец, Эртлинг и другие, в СССР — Трест точной механики, Главная палата мер и весов). Наиболее распространенными были аналитические весы Сарториуса (Гёттинген), развившего модели Бунге (Гамбург).
При конструировании аналитических весов необходимо исключать стальные части: в связи с работами по химическим анализам, было бы неизбежно окисление этих частей. Коромысла весов изготовляются из аргентана или золоченой бронзы, реже — из твердых сплавов и алюминия; ножи и подушки — из агата.
Микровесы
Весы, предназначенные для определения весьма малых величин масс (до 20 г и меньше) и дающие точность порядка тысячных долей мг, носят общее название микровесов. Имеется несколько основных типов микровесов. Наибольшее распространение в химических лабораториях имеют микровесы, которые по своей конструкции являются особенно чувствительными рычажными весами. Такие весы, изготовлявшиеся в начале 20 века, например, Сарториусом и Бунге, применялись обычно при микроанализе, с максимальной нагрузкой в 20-30 г, и позволяют довести точность взвешивания до 0,001 мг.
Весы Сальвиони представляли собой кварцевую нить, закрепленную одним концом в горизонтальном положении. На другой конец помещается взвешиваемая масса. Мерою веса в данном случае является величина изгиба (этими весами была показана потеря в весе мускуса по истечении определенного времени).
В 30-е годы фирмой Гартман и Браун были сконструированы весы, основной частью которых является пружина. На одном из ее концов находится маленькая чашка из слюды; нагрузка на чашку ведет к закручиванию пружины, которое и служит мерой веса. С пружиной соединена стрелка, указывающая на определенное деление градуированного цилиндрического барабана с вертикально расположенным основанием.
Фирмой Шедлер и Гейер (в Гёттингене) в то же время были предложены микровесы, основанием которых служит столбик, кончающийся вилкой с натянутой на ней кварцевой нитью. К ней, перпендикулярно к ее направлению, припаяно кварцевое коромысло; один конец его служит для подвеса чашек, а другой заканчивается стрелкой-указателем. При нагрузке чашки коромысло, выходя из горизонтального положения, вызывает кручение нити, служащее мерой веса. Весы эти, при взвешиваниях грузов в несколько мг, дают точность около 0,03 мг.
Вопросы химии и теоретической физики того времени потребовали столь большой точности, что весы рассмотренных выше типов (до тысячных долей мг) не могли ее удовлетворять. Рамзей и Грей, стремясь определить плотность нитона, сконструировали исключительно точные весы. На очень легком коромысле, изготовленном из кварцевой нити, был подвешен с одной стороны кварцевый шарик (объемом в 22,5 мм3), а с другой — взвешиваемый предмет.
Весь прибор помещался под колокол, в котором можно было создать требуемое разряжение произвольную упругость воздуха. Весы приводились к положению равновесия изменением упругости воздуха, так как в связи с ней изменялась и потеря веса при взвешивании в воздухе.
Наблюдения колебаний делались при помощи зеркального отсчета. Чувствительность таких весов была доведена до двух миллионных мг.