Meranie hmotnosti

1. Meranie hmotnosti

2. V medzinárodnej sústave jednotiek SI sa hmotnosť zaraďuje medzi základné • Základnou jednotkou hmotnosti je kilogram (značka kg). • Kilogram je jednotkou hmotnosti • Rovná sa hmotnosti medzinárodného prototypu kilogramu. Pri danych podmienkach.

3. Rozdelenie váh • Meranie hmotnosti sa nazýva váženie. Zariadenia, určené na zisťovanie hmotnosti telies alebo látok, sanazývajú váhy. • Pri vážení meriame kľudovú hmotnosť objektu (telesa). Tá sa zisťuje na základe meraniatiaže meraného objektu. • Najvyššia relatívna presnosť dosahovaná pri prácach v Medzinárodnom úrade pre váhy a miery (BIPM) je v ráde 10-9 kg pre hmotnosť 1 kg.

4. Mechanické váhy Do skupiny mechanických váh patria najmä pákové a pružinové váhy. Sú založené na mechanickomprincípe vyvažovania bremena.

5. Pákové váhy • V minulosti patrili pákové váhy k najrozšírenejším meradlám hmotnosti. Vďaka svojim výbornýmmetrologickým vlastnostiam a prevádzkovej spoľahlivosti sa vo veľkej miere používajú doteraz. • Pracujúna princípe porovnávania silových účinkov (tiaží) meraného objektu a vyvažovacieho objektu -závažia. Preto nameraná hodnota nezávisí od veľkosti miestneho gravitačného zrýchlenia.

6. Váhy sú v rovnováhe vtedy, keď sa rovnajú momenty tiažových síl na opačných stranách ramena váhy. • Vyvažovací moment sa mení zmenou hmotnosti závažia (pri rovnakých dĺžkach ramena), resp.zmenou polohy ťažiska posuvného závažia na ramene.

7. a) rovnoramenné váhy, b) pákové váhy s bežcom

8. Rovnoramennéváhy Hlavnou časťou rovnoramenných váh je vahadlo1, ktoré v strede podopiera vodorovná hrana (brit) 2 na hladkej podložke (lôžku).Na koncoch vahadla sú zavesené dve rovnaké misky. Otočné body vahadla na brite a závesoch obidvoch misiek majú 1 – vahadlo, 2 – brit, 3 – jazýček, 4 – stupnica, 5 – meraný objekt, 6 – závažie byť v jednej rovine. Uprostred vahadla je jazýček 3, ktorého koniec ukazuje na stupnicu 4. Pred meraním, keď sú misky prázdne, má jazýček smerovať na stred stupnice. Pri meraní sa na jednu misku kladie vážený objekt 5, na druhú misku sa kladú závažia 6 so známou hmotnosťou. Závažia sa pridávajú dovtedy, kým sa jazýček váh opäť neustáli v strede stupnice. V tomto stave sa v ideálnom prípade hmotnosť váženého objektu rovná hmotnosti závaží.

9. Do tejto skupiny váh patria aj analytické váhy, určené na presné merania v laboratóriách (obr.19.4). Zvyčajne sa umiestňujúdo sklenej skrinky, ktorá ich chráni pred vonkajšími vplyvmi. Ich základnoučasťou je vahadlo, nesúce tri brity, ktoré slúžia na prenos vonkajších síl na vahadlo. Strednýbrit slúži ako oporný bod, okolo ktorého sa vahadlo natáča. Koncové brity slúžia na prenos zaťažujúcichsíl. Sú na nich zavesené závesy, ktoré nesú misky. Závesy sú zostrojené tak, aby zostali v horizontálnejpolohe aj pri vychýlení misky v dôsledku necentrického uloženia závažia.Na dosiahnutie výrobcom garantovaných metrologických vlastností musia byť váhy vyvážené vovodorovnej polohe. Tá sa nastavuje nastaviteľnými nožičkami a kontroluje sa integrovanou libelou.

10. Princíp bežcovej pákovej váhy 1 – vahadlo, 2 – brit, 3 – ukazovateľ, 4 – stupnica, 5 – objekt s neznámou hmotnosťou, 6 – vyvažovacie závažie • Meraný objekt s neznámou hmotnosťou m savyvažuje posúvaním závažia s konštantnou hmotnosťou mz(tzv. bežcom) po ramene vahadla.

11. princíp sklonovej pákovej váhy • Vyváženie objektu sa dosahuje výchylkou naklápaciehovahadlas protizávažímzo základnej nulovej polohy. Rovnovážna poloha, v ktorej sa vahadlo ustáli,je pre každé zaťaženie iná. Meradlom hmotnosti je výchylka vahadla.

12. Kombinované váhy • predstavujú kombináciu predchádzajúcich typov, najčastejšie závažových a sklonových. Závažia slúžia na prestavenie rozsahu, poloha naklápacieho ramena bez akejkoľvek ďalšejmanipulácie uvádza hmotnosť objektu v danom rozsahu.

13. Pružinové váhy • Pružinové váhy sú založené na mechanickom princípe. • Vážený objekt sa zavesí na misku, ktorá je pripevnená na pružinu.Pružina je chránená pred poškodením skleneným, resp. hliníkovým obalom. Vplyvom tiaže objektusa pružina natiahne a jej voľný koniec zobrazí hmotnosť objektu na stupnici.

14. Elektromechanické váhy • V tejto skupine váh sa v praxi najčastejšie používajú odporové (tenzometrické) váhy. • Ďalej sem zaraďujeme aj kapacitné, indukčnostné apiezoelektrické váhy. Všetky majú elektrický výstup.

15. Tenzometrické váhy • základom tenzometrickej váhy je pružný deformačný člen, na ktorom sa nachádzajú tenzometre • Tvary deformačných členov sú rôzne. Používa sa nosník, valec, špirála a podobne. • Materiál deformačného člena má vykazovať minimálnu hysterézu, minimálne dopružovanie, minimálne vnútorné pnutie po tepelnom spracovaní a stálosťi izotropiu modulu pružnosti v ťahu lineárne závislého na teplote.Má mať veľkú hodnotu medzeklzu a veľkú dynamickú pevnosť.

16. Deformačné členy sa vyrábajú z materiálu, ktorý dobre prenáša deformácie, napr. z hliníkovej zliatiny,alebo ocele. Pri zaťažení deformačného člena meraným objektom by sa nemala prekročiť jehomedza prieťažnosti. • Pri deformácii pružného člena dochádza zároveň aj k deformácii tenzometra a následne k zmenejeho elektrického odporu. • na meranie hmotnosti sa používajú obidva typy tenzometrov– kovové aj polovodičové. Tenzometre sa na deformačný člen lepia, alebo sa naň priamo naprašujú

17. 1 – deformačný člen, 2 – tenzometer, 3 – plášť snímača, 4 - kryt • Meraný objekt sa položí do stredu hornej časti deformačného člena 1. Zaťaženie v meracej ose spôsobí ohybové napätie hornej časti deformačného člena – krúžku. To vedie kuvzniku tangenciálnych deformácií hornej časti krúžku v tlaku a jeho spodnej časti v ťahu. Deformácie na obidvoch stranách krúžku sa merajú štyrmi špirálovito vinutými tenzometrami 2 v tvare medzikružia. Deformačný člen je s optimálnou priečnou a pozdĺžnou tuhosťou spojený s plášťom snímača 3. • Signál z tenzometrov sa vyhodnocuje vo vyhodnocovacej jednotke, ku ktorej je možné pripojiť počítač

18. a) dynamické nápravové váhyna zisťovanie hmotností dopravných prostriedkov (kamióny, vagóny apodobne). Postupne sa meria zaťaženie jednotlivých náprav pri rýchlosti okolo 5 km/hod. Súčtomzaťaženia jednotlivých náprav sa zistí celková hmotnosť váženého vozidla, merací rozsah býva do120 t • b) zásobníkové váhyvážia kvapalné a sypké materiály v rôznych zásobníkoch, najčastejšie sa používajúv potravinárskom a chemickom priemysle a v stavebníctve, využívajú sa najmä na riadenie plneniaa vyprázdňovania zásobníkov, • c) plošinové váhysa najčastejšie používajú v obchodnom styku, ich merací rozsah môže byť od niekoľkýchkilogramov až po niekoľko ton, ich konštrukcia sa prispôsobuje zamýšľanému použitiu

19. d) žeriavové váhymerajú hmotnosť objektov zavesených na háku žeriava. Väčšina žeriavových váhbýva doplnená veľkoplošnými zobrazovacími jednotkami • e) pásové jednovalčekové a dvojvalčekové váhysa používajú na obchodné aj technologické účely.Nachádzajú sa pod pásovým valčekovým dopravníkom, v ktorom sa jedna alebo dve valčekové stolicenahradia snímačom hmotnosti. Umožňujú merať celkové prepravené množstvo aj okamžitýprietok materiálu, rýchlosť pohybu a zaťaženie dopravníkového pásu • f) dávkovacie pásové váhysú vybavené regulátorom porovnávajúcim okamžité prepravované množstvomateriálu s požadovaným množstvom. Chyba dávkovania dosahuje 0,5% až 1%, váhy sa vyrábajú pre celkové prepravované množstvá od desiatok kilogramov až po tisíce ton za hodinu • g) rozdielové (diferenciálne) dávkovacie váhymerajú úbytky hmotností v zásobníku materiálu a zaisťujúkonštantný úbytok hmotnosti materiálu v čase. Chyba dávkovania vztiahnutá k požadovanejhodnote prietoku sa pohybuje v rozpätí od 0,25 až do 0,5%.

20. Váhy na princípe elektromagnetickej silovej kompenzácie • Najpresnejšie elektronické váhy využívajú elektromagnetické vyvažovanie pôsobiacej sily • majú 10 až 1000 krát menšiu dovolenú chybu ako priemyselné meradlá hmotnosti sdeformačnými členmi a tenzometrami • Váhy s elektromagnetickou kompenzáciou využívajú dve základné mechanické riešenia – pákovéváhy a váhy s paralelným vodiacim mechanizmom.

21. elektromagnetická sila sa využíva na spojité kompenzovanie gravitačnej sily, vyvolanej objektom sneznámou hmotnosťou. Meria sa elektrický prúd, ktorý generujeelektromagnetickú silu a kompenzujeneznámu hmotnosť. Zistená hodnota sa digitalizuje, kompenzuje sa vplyv teploty. Dosiahnutie polohy označujúcej rovnovážny stav sa detekuje pomocou optickéhosnímača.