Электронные весы

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ  ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Представительство Кем ТИПП, г. Северск 
 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ 

ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЕСЫ 
 
 
 
 
 

Выполнил  студент гр.:  

Проверил  преподаватель:  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2010

 

       

       Введение 

       Весы — устройство или прибор для определения массы тел по действующему на них весу, приближёно считая его равным силе тяжести [1]. Вес тела может быть определён как через сравнение с весом эталонной массы (как в рычажных весах), так и через измерение этой силы через другие физические величины. 
 

1. История

       Первые  найденные археологами образцы  весов относятся к V тысячелетию  до н. э., применялись они в Месопотамии.

       Весы  хорошо видны на папирусе ХIX династии (около 1250 года до н. э.). Согласно древнеегипетской «Книге мертвых», Анубис, на входе в подземное царство взвешивает сердце всякого умершего на особых весах, где в качестве гири выступает богиня правосудия Маат.

       Каменная  стела I тысячелетия до н. э. (Турция) изображает хетта, использующего вместо поперечной планки балансовых весов собственный палец.[3]

       Историки  приписывают римлянам изобретение  принципиально новой системе  измерения веса - при которой передвигается  гиря, а точка опоры и положение  привеса остаются неизменными.[3] В Помпеях найден один из самых ранних безменов .[2][3] У римского приспособления, в отличие от современного, было две шкалы и две ручки в виде крюков.

       В Древней Руси товары взвешивали на равноплечих весах - скалвах. С XIV века на Руси появляется слово «безмен» (от тюрк. batman — мера веса около 10 кг)[4]. 
 

2. Классификация весов

        

       Электронные весы для взвешивания мешков риса

       Набор гирь для чашечных весов — разновес

       Современные весы для взвешивания предметов  малой массы

       Согласно  ГОСТ 29329-92[5] весы можно подразделить на следующие группы:

     По  области применения (эксплуатационному  назначению):

вагонные;

вагонеточные;

автомобильные;

монорельсовые;

крановые;

товарные;

для взвешивания  скота;

элеваторные;

для взвешивания  молока;

багажные;

торговые;

медицинские;

почтовые.

       По  точности взвешивания:

среднего  класса точности;

обычного  класса точности.

       По  способу установки на месте эксплуатации:

встроенные;

врезные;

напольные;

настольные;

передвижные;

подвесные;

стационарные.

       По  виду уравновешивающего устройства:

электромеханические (электронные);

механические.

       По  виду грузоприемного устройства:

бункерные;

монорельсовые;

ковшовые;

конвейерные;

крюковые;

платформенные.

       По  способу достижения положения равновесия:

с автоматическим уравновешиванием;

с полуавтоматическим уравновешиванием;

с неавтоматическим уравновешиванием.

       В зависимости от вида отсчетного устройства:

с аналоговым отсчетным устройством;

с дискретным отсчетным устройством. 

       ГОСТ 24104-01, который описывает общие  технические требования, предъявляемые  к лабораторным весам, классифицирует их следующим образом:

       По  классу точности

специальный;

высокий;

средний. 
 

3. Основные  параметры весов

 

       Наибольший  предел взвешивания (НПВ) — верхняя  граница предела взвешивания, определяющая наибольшую массу, измеряемую при одноразовом взвешивании.

       Наименьший  предел взвешивания (НмПВ) — нижняя граница предела взвешивания, определяется минимальным грузом, при одноразовом  взвешивании которого относительная  погрешность взвешивания не должна превышать допустимого значения.

       Цена  деления d — разность значений массы, соответствующих двум соседним отметкам шкалы весов с аналоговым отсчетным устройством, или значение массы, соответствующее дискретности отсчета цифровых весов.

       Цена  поверочного деления e — условная величина, выраженная в единицах массы, используемая при классификации весов и нормировании требований к ним.

       Число поверочных делений n — значение НПВ/e.

       Предельно допустимая погрешность измерений  определяется ценой поверочного  деления e. Обычно производитель весов  гарантирует следующее соотношение: d = e. Чем ниже погрешность, тем выше точность измерений.

       Погрешность весов в диапазоне измерений  по абсолютному значению не должна превышать пределов допускаемой  погрешности, по ГОСТ 24104-2001:Интервалы взвешивания для весов класса точности Пределы допускаемой погрешности

       Пылевлагозащита IP (International Protect) — характеристика, определяющая степень пылевлагозащиты весов (и  любого другого оборудования). Обозначается двухзначным числом, где первая цифра  обозначает степень защиты от пыли (от 0 до 6), а вторая цифра — степень защиты от воды (от 0 до 8). Максимальная степень пылевлагозащиты — IP 68 (условно полностью герметичное оборудование).

       Взрывозащита  весов Ex. Для использования весов  в среде огне- и взрывоопасных  смесей, на предприятиях нефтеперерабатывающей, химической, горнодобывающей, пищевой промышленностей весовое оборудование выполняется во взрывозащищенном исполнении. Наличие маркировки Ex с последующими цифровыми обозначениями подразумевает, что в весах или другом оборудовании, которое находится во взрывоопасной среде, не может образоваться искра, способная вызвать взрыв или возгорание этой смеси.

       Устройство  выборки массы тары — устройство, позволяющее привести показания  весов к нулю, когда тара помещается на грузоприемное устройство, с уменьшением НПВ на массу тары.

     Устройство  компенсации массы тары — устройство, позволяющее привести показания  весов к нулю, когда тара помещается на грузоприемное устройство, без  уменьшения НПВ. 

4. Измерение веса

 

     Наиболее  раcпространенным видом измерений во всем мире является измерение массы. В связи с этим, за последнее время появилось большое разнообразие весовой техики, 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:

     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.

     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.

     Тензометрический. Он основан на изменении сопротивления  тензорезисторов, наклееных 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:

     Высокое качество тензорезисторов, обусловленное  современными технологиями при их изготовлении;

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

     Низкая  стоимость в сочетании с высокими техническими характеристиками;

     Возможность простыми техническими средствами компенсировать влияние внешних факторов;

     Стабильность  характеристик в течение всего  срока службы.

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

5. 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:

     Статическая плавучесть;

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

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

     Трение  между движущимися частями весов;

     Осевшая пыль на поддоне;

     Весы  могут быть не откалиброваны калибровочными гирями;

     Механическая  деформация деталей из-за перепадов  температуры;

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

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

     Магнитные нарушения сенсоров;

     Электростатическое  поле;

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

     Конденсат на холодных предметах;

     Испарение воды с теплых предметов;

     Конвекция воздуха;

     Сила  Кориолиса от вращения Земли;

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

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

     Весы, установленные на мягкую поверхность (ковер или резиновое покрытие. 

6. Выбор весов

     С точки зрения пользователя существует несколько явных преимуществ электронных весов перед механическими:

• Наличие  встроенных функций и простых  в использовании программ: тарирование, процентное взвешивание, многокомпонентное  смешивание и проч., ведение протокола  измерений через дополнительный принтер либо компьютер;

• Существенно  меньшее влияние оператора на процесс измерения и как следствие-уменьшение ошибок измерения

• Возможность  адаптации весов к внешним  условиям - цифровое усреднение;

• Возможность  измерения в различных единицах - каратах, унциях, тройских унциях и т.д.;

• Существенно  меньшие габариты для весов одного класса.

     Немного теории: в механических и электромеханических  весах процесс взвешивания заключается  в сравнении взвешиваемого груза  с системой встроенных гирь и пружин, а также внешних гирь с помощью индикатора положения равновесия.

     В весах электронных весах процесс  взвешивания заключается в процессе сравнения взвешиваемого груза  и эталонного груза калибровки, значение которого сохраняется в памяти электронного блока весов. По принципу измерения  электронный весы могут быть тензовесами или весами с электромагнитной системой.

     В наиболее простых из электронных  весов - тензовесах взвешивание происходит посредством измерения напряжения упругого тела, с которым связана  чашка весов.

     Весы  с электромагнитной системой - это весы, в которых через сложную систему рычагов и пружин уравновешивание взвешиваемого груза происходит при помощи электромагнитной катушки и измерения, проходящего через нее тока. Такие весы более долговечны при эксплуатации, поскольку в них все механические части фактически являются

     При некоторых неудобствах электромеханические  весы имеют два существенных плюса:

1. Цена - это ощущается для аналитических  весов 2 класса.

2. Развернутая  система по техническому обслуживанию  – во многих городах России существует достаточно предприятий, которые профессионально занимаются ремонтом и подго-товкой к госповерке.

     Несколько подробнее остановимся на особенностях механических и электронных весов, чтобы вам стало ясно, почему старейший  российский производитель отказывается от выпуска традиционных механических весов и переходит на выпуск электронных.

     В электронных весах нет никаких  громоздких механических деталей. Внутри весов находится датчик, определенным образом передающий сигнал о нагрузке на индикатор. Из-за отсутствия в конструкции датчика подвижных деталей он не изнашивается. Используемые в весах датчики бывают разных видов, и это во многом определяет характеристики приборов.

       Принцип действия электронных весов сводится к изменению силы, возникающей  при нагружении платформы массой. Эта сила воздействует на первичный датчик, состоящий из упругого элемента и механически связанного с ним преобразователя деформации в электрический сигнал.

       В выпускаемых заводом «Госметр»  весах серии ВЛТЭ используются тензометрические датчики, действие которых основано на преобразовании деформации упругих элементов в изменение электрического сопротивления. В качестве упругих элементов выступают металлические изделия специальной конструкции, а преобразователем служит высокочувствительная спираль из специального сплава, особым способом приклеивающаяся к упругому элементу. Измеряемое усилие с помощью упругого элемента преобразуется в деформацию.

       Чувствительность  к перегрузкам у электронных  весов значительно ниже, чем у  механических. Поэтому при соблюдении правил эксплуатации они служат исключительно долго.

       Электронные весы очень просты в работе. При  этом требования к рабочему месту  и окружающей среде значительно  менее строгие, чем для механических весов.

- Наши  новые весы серии ВЛТЭ и ВЛ могут использоваться в научных и производственных лабораториях, практически во всех отраслях промышленности, даже там, где отсутствуют источники сетевого питания (например, в экспедициях).

- Питание  весов осуществляется от сети  через АС-адаптер или от встраиваемого источника питания – аккумулятора, который может работать без подзарядки 11 часов. Более того, батарейки автоматически подзаряжаются внутри весов.

- Все  модели серии ВЛТЭ и ВЛ - портативные,  легкие и компактные.

- Для  разных моделей весов этой серии нижний предел взвешивания варьируется от 120 грамм до 5 килограммов, поэтому вы всегда сможете выбрать именно те весы, которые обеспечат максимальную эффективность их использования на вашем предприятии.

- К несомненным  достоинствам электронных весов относится очень быстрое измерение массы. Так, время установления показаний на табло весов серии ВЛТЭ - 1,5 секунды.

- Одним  из несомненных достоинств электронных весов является наличие прикладных программ, позволяющих изменять единицы измерения массы, осуществлять подсчет количества штук или деталей в партии, получать результаты измерения в процентах, определять среднюю массу нестабильного образца, составить рецептуру смеси, вычислить массу тары.

       В России также представлены весы многих зарубежных производителей.

Наиболее  известные из них - «Сарториус» (Германия) и «Меттлер» (Швейцария)-лидеры весоизмерительной  техники.- здесь производятся весы с  ценой деле-ния 1 и 0.1 мкг. Это один из главных показателей уровня технологии, т.е. те весы которые вы приобретаете на 2-3 порядка грубее, «Охаус» (США), CAS(Корея) - производители второго эшелона.

Эти фирмы  имеют в России свои представительства. Каждый из произ-водителей имеет  в спектре своей продукции  по несколько моделей с аналогичными МХ, однако, разброс по цене может составлять 50 - 60 %. Разница может быть обусловлена следующими факторами:

Фирма- производитель - чем серьезнее фирма  тем дороже весы (хотя практически  разница обычно составляет не более 4-7 %);

- Наличие  встроенной гири для калибровки - наиболее удобная функция (т.к. при отсутствии таковой необходимо приобрести гирю внешнюю);

- Возможность  использовать в составе весов  устройство для определения плотности  жидкостей и твердых тел;

- Наличие  встроенного интерфейса и ПО  для связи с компьютером.

       При всем вышеперечисленном возможно когда цена одной и той же модели существенно различается в разных фирмах - это возможно в ситуации, когда весы ввезены в частном порядке, либо контрабандно (не уплачен НДС и таможенная пошлина) - в этом случае, в этом случае гарантия (как бы вас не уверяли в обратном) и техническое сопровождение этой покупки (хорошие лабораторные весы стоят дорого) осуществляются по месту изготовления весов (например, в Германии).

       Если  фирма, в которую обратились достаточно серьезна она обязательно:

- торгует  по ценам изготовителя на дилерской  скидке (это очень легко проверить)  без каких либо коммерческих  наценок 

- имеет  лицензию на право продажи  (а желательно и ремонта) измерительной  техники

- обязательно  имеет в своем штате специалиста  метролога, который поможет вам  разо-браться с многообразием  моделей, не пытаясь при этом  продать самую дорогую

     - имеет ремонтную базу на территории  РФ (часто в надежде, что весы  не сломаются вам пообещают  в случае возникновения проблем заменить на новые, но это только в течение гарантийного срока, а после...) и необходимых специалистов.

 

      7. Обзор платформенных весов 

     Из  всех типов весов, которые применяют  на складах, наиболее популярны платформенные (товарные) весы. Их исполнение отличается большим разнообразием, и это объясняется прежде всего тем, что для таких весов характерно наличие одного и более грузоприемных устройств.

     Существует  множество моделей такого оборудования, различающихся по конструктивным признакам. Например, к группе механических весов относятся гирные, шкальные, шкально-гирные, циферблатные, к группе электронно-механических – весы с датчиками на основе тензорезисторного и частотного принципов действия. Тип платформенных весов выбирают исходя из принятой технологии ПPTC работ. Так, при взвешивании грузов, уложенных на поддоны, применяют весы стационарные, низкопрофильные с пандусами, передвижные и др.

     Платформенные стационарные весы предназначены в  основном для взвешивания тарно-штучных  грузов, особенно громоздких, длинномерных или перевозимых на поддонах при помощи погрузчиков и на тележках. Эти весы устанавливают в закрытых складах, под навесами, на железнодорожных платформах. Пределы взвешивания стационарных платформенных весов обычно лежат в диапазоне от 500 до 5000 кг, а высота платформы – 150...200 мм. Их монтируют на одном уровне с полом склада, заглубляя в приямке, который должен быть снабжен стоком для слива воды. Разновидностью таких устройств являются различные модели низкопрофильных весов, устанавливаемых на полу склада без устройства приямков. Высота их платформы составляет 40..60 мм, груз на них можно легко завезти по пандусу с помощью ручной тележки. Такие весы мобильны и легко встраиваются в уже существующую на предприятии технологию ПPTC работ.

     В настоящее время наиболее широкое  распространение для статического взвешивания получили электронные  весы. Установленные на многих отечественных  предприятиях десятилетия назад  механические (рычажные) весы заменяют весами с электромеханическим уравновешивающим устройством или модернизируют. Модернизацию механических моделей, которая предусматривает демонтаж рычажной системы и установку грузоприемной платформы на весоизмерительные датчики в сборе с узлами встройки в весовые терминалы, сегодня проводят многие фирмы, выпускающие современное весовое оборудование.

     Платформенные весы оснащают в основном тремя видами датчиков: работающими по принципу электромагнитной компенсации, струнного  типа и электротензометрическими. Весы с датчиками первого типа обеспечивают наибольшую точность взвешивания, однако в этих конструкциях используются сложные технические решения, а значит, они дороги. Отличительной чертой весов с датчиками струнного типа, в которых применяется частотно-модулированный принцип действия, является возможность определять массу груза в широких диапазонах и с высокой точностью в каждом из диапазонов. 
 

     

 

     Весы  товарные ВТП и низкопрофильные  ПВН и ТВН «ФизТех» 

     Тем не менее в настоящее время  из электронных наибольшее распространение  получили весы с электротензометрическими датчиками, наиболее оптимальные по соотношению цена/качество, их комплектуют тензорезисторными или полупроводниковыми датчиками. Все современные электромеханические весы допускают оснащение принтерами для печати документов (чеков) на взвешиваемые грузы, интерфейсами для связи с компьютером, сетью или другими весами, что позволяет автоматизировать учет и организацию складских операций. Модельный ряд весов, используемых в настоящее время в России, довольно широкий.

     Группа  компаний «ФизТех» производит платформенные весы разной конструкции. Во всех моделях использованы датчики с пылевлагозащитой не ниже IР66, а в некоторых – с максимально возможным классом защиты IР68. Большинство весов имеют варианты исполнения с рабочим диапазоном температур от –40 до +80 °С, поэтому их можно применять на открытых площадках при любых погодных условиях.

     Весы  товарные платформенные типа BТП –  самые надежные большеразмерные  весы на четырех датчиках и предназначены  для измерения массы грузов в  самой разной упаковке и таре в рабочих дипазонах температур –20...+65 и –40...+80 °С. Их изготавливают в исполнениях «Стандарт» и «Экстра». Класс пылевлагозащиты датчиков – IР67, IР68. Небольшая высота платформы (менее 54 мм) облегчает закатывание на весы тележек; в мобильном исполнении платформу комплектуют роликами и ручками.