Определение ошибок взвешивания

Метрологические свойства весов

Весы, независимо
от их конструкции, должны иметь такие
метрологические свойства.

Устойчивость
— способность
весов, выведенных из состояния равновесия,
быстро возвращаться к первоначальному
положению.

Устойчивость весов
достигается при условии, если их коромысло
находится в состоянии устойчивого
равновесия. Устойчивость весов зависит
также от отдаленности центра от точки
опоры, причем, чем ниже размещен центр
весов, тем больше устойчивость и тем
труднее их вывести из состояния
равновесия, а соответственно ниже их
чувствительность.

Проверка устойчивости
проводится следующим образом: весы,
находящиеся в равновесии, необходимо
вывести из положения равновесия, слегка
коснувшись чашки. Подсчитать количество
колебаний стрелки весов до возвращения
ее в положение равновесия. Если стрелка
совершила не более 4—6 колебаний, можно
считать, что весы устойчивы.

Постоянство
показаний
— способность
весов показывать одни и те же результаты
при многоразовых определениях массы
тела, проводимых на этих весах в одних
и тех же условиях.

Проверка постоянства
показаний проводится следующим образом:
весы должны находиться в положении
равновесия. На технических аптечных
весах уравновешивают, например, флакон
с массой гирь. Если все 3 раза масса
взвешиваемого тела одна и та же, то весы
обладают постоянством показаний. Если
результаты не совпадают, то это значит,
что острия призм не вполне параллельны,
смещены. Кроме того, на постоянство
показаний большое влияние оказывает
величина трения в подвижных контактах
весов. Затупленность призм и их
загрязненность приводит к нарушению
постоянства показаний весов. Поэтому
весы в нерабочем состоянии должны
храниться так, чтобы избежать затупленности
призм.

Причиной непостоянства
показаний весов является несовершенство
устройства весов (например, незаметное
смещение отдельных частей при пользовании
ими), а также условия, в которых производится
взвешивание (например, одностороннее
нагревание коромысла (электрическая
лампа, солнечные лучи и пр.), вследствие
чего может произойти удлинение одного
плеча).

Чувствительность
— способность
весов показывать минимальное изменение
нагрузки в момент равновесия.

При этом чем меньше
разница в весе гирь, которую можно
определить этими весами, тем выше их
чувствительность и тем точнее результаты
взвешивания.

Чувствительность
весов прямо пропорциональна длине плеча
коромысла и обратно пропорциональна
массе коромысла, нагрузке весов (массе
чашек, груза, перегруза), величине прогиба
коромысла, расстоянию от точки опоры
до центра тяжести коромысла. Чувствительность
весов определяется формулой:

где

S
—
чувствительность, мм/мг;

L
— длина
плеча коромысла, мм;

Р —
масса чашки с грузом, мг;

р —
масса перегруза, выводящего весы из
состояния равновесия, мг;

h
— расстояние
от точки опоры до линии, соединяющей
острия грузоподъемных
и опорной
призм (величина прогиба коромысла), мм;

R
— масса
коромысла, мг;

т. —
расстояние от точки опоры до центра
тяжести коромысла, мм; Z
— длина
стрелки, мм;

X
— цена деления шкалы, мм.

Из формулы следует,
что величины L,
R,
m,
Z,
X
зависят от
конструкции весов.

В наибольшей
степени на величину чувствительности
весов влияет величина прогиба коромысла
h.
Весы с
прямолинейным коромыслом характеризуются
тем, что острия опорной и грузоприемных
призм находятся на одной прямой линии
(прямолинейность весов). При этом величина
h
= 0, а уравнение
принимает вид:

то есть чувствительность
весов становится независимой от величины
нагрузки весов. Это возможно лишь при
взвешивании минимальных количеств. На
практике даже незначительное определение
массы вызывает прогиб коромысла и влияет
на чувствительность весов. С увеличением
нагрузки весов, как следует из формулы,
их чувствительность уменьшается. Прогиб
коромысла при этом может быть недопустимо
большим, а коромысло необратимо
деформироваться, то есть весы выйдут
из рабочего состояния. Во избежание
этого необходимо во время взвешивания
не превышать величины предельно
допустимой нагрузки, обозначенной на
коромысле весов.

Чувствительность
весов зависит от ряда факторов.

От расположения
центра тяжести коромысла по отношению
к точке его опоры. Весы
будут иметь наибольшую чувствительность
при достаточной устойчивости в том
случае, когда центр тяжести коромысла
лежит как можно ближе к точке опоры, но
во всяком случае ниже этой точки.

От массы коромысла.
Чем меньше
масса коромысла, тем большую чувствительность
при всех прочих условиях будут иметь
весы. Для облегчения коромысла в нем
делаются вырезы круглой или иной формы.

От длины плеч
коромысла. Теоретически,
чем больше длина плеч коромысла, тем
больше его чувствительность. Однако
практически нецелесообразно изготовлять
коромысла с длинными плечами, так как
удлинение коромысла ведет к увеличению
его массы, что вызывает уменьшение
чувствительности. Наряду с увеличением
длины коромысла значительно возрастает
прогиб его от действия груза, вследствие
чего понижается центр тяжести коромысла
и чувствительность весов уменьшается.
Поэтому практически коромысла делают
с как можно более короткими плечами.

На чувствительность
весов оказывает влияние величина
трения между призмами и
подушками: чем больше трение, тем меньше
чувствительность, чем острее призмы,
тем чувствительность больше. Поэтому
призмы делают острыми из закаленной
стали. Износ-затупление призм приводит
к увеличению трения, и, следовательно,
к уменьшению чувствительности весов.

Следует отметить,
что большинство весов, служащих для
взвешивания с
большей
точностью (в том числе тарирные и ручные),
имеют длинные стрелки. Это объясняется
тем, что увеличение длины стрелки весов
позволяет наблюдать и отсчитывать
незначительные угловые отклонения
коромысла, так как чем больше радиус
(длина стрелки), тем больше длина дуги,
соответствующей отклонению коромысла
на один и тот же угол.

Проверка
чувствительности весов
проводится
путем определения минимальной нагрузки
(мг), вызывающей стандартное отклонение
стрелки от положения равновесия. За
стандартное отклонение принимают
отклонение стрелки, равное 5 мм (или трем
делениям шкалы) для тарирных весов и
выход стрелки из обоймицы до половины
своей длины с образованием угла, равного
приблизительно 5°, для ручных весов.

Чувствительность,
выраженную абсолютным значением груза,
вызывающего стандартное отклонение
стрелки, называют абсолютной
чувствительностью (<S_a6c),
или абсолютной
ошибкой взвешивания.

Чувствительность
ручных и тарирных весов определяют в
трех положениях: нагруженных на 1/10
предельной нагрузки, предельно нагруженных
и ненагруженных. Если груз, соответствующий
величине допустимой погрешности
(установленной ГОСТом) для данного типа
весов (табл. 5), помещенный на одну из
чашек таких весов, вызывает стандартное
отклонение стрелки, то весы считаются
чувствительными .

Так весы технические
ВКТ-1000 имеют следующие величины
погрешностей:

— ненагруженных
— 20 мг;

— с 1/10 максимальной
нагрузки — 60 мг;

— максимально
нагруженные — 100 мг.

При определении
величины чувствительности этих весов
при 1/10 нагрузки поступают так: весы
приводят в состояние равновесия, на
каждую чашку помещают гири массой по
100,0 г, уравновешивают весы, затем
постепенно нагружают правую чашу весов
гирьками (от меньшей к большей). Груз,
вызывающий стандартное отклонение
стрелки, показывает абсолютную
чувствительность. Если величина
дополнительной нагрузки больше допустимой
погрешности (60 мг), например 80 мг, весы
считают нечувствительными. Их изымают
из пользования и направляют на проверку
до срока клеймения. Аналогично проводят
определение чувствительности при
ненагруженных и при предельной нагрузке
весов. Чувствительность весов можно
определить и таким образом: при трех
состояниях весов, приведенных в положение
равновесия, на одну из чашек кладут гирю
массой, соответствующей величине
допустимой погрешности.

Таблица 5
Метрологическая
характеристика ручных и тарирных весов

Если во всех трех
случаях стрелка весов отклонилась на
расстояние 5 мм (или 3 деления по шкале),
то весы обладают достаточной
чувствительностью. Если стрелка
отклонилась на расстояние менее, чем 5
мм, то такие весы недостаточно
чувствительные и ими пользоваться
нельзя.

Что касается
определения чувствительности ручных
весов, то оно осуществляется аналогичным
путем по стандартному отклонению
стрелки. В этих случаях чувствительность
весов выражается числом миллиграммов,
вызывающих необходимое отклонение
стрелки.

На практике большое
значение имеет так называемая относительная
чувствительность, которая может указать
относительную ошибку взвешивания
(точность дозирования).

Относительная
чувствительность весов S_отн
может
быть выражена отношением минимального
груза Р, вызывающего заметное отклонение
стрелки от нулевого положения шкалы, к
нагрузке л,
лежащей на
одной чашке весов, потому что
чувствительность весов может немного
варьировать в зависимости от величины
нагрузки:

или

Если, например,
весы нагрузить гирями по 100,0 г на каждую
чашечку и поместить дополнительный
груз, равный 0,05 г, который дает стандартное
отклонение стрелки, то относительная
чувствительность весов равна:

Значит, на этих
весах можно взвешивать груз, равный
100,0 г, с точностью 0,0005 его настоящей
массы, то есть относительная ошибка не
превышает 0,05 % (0,0005 • 100). Такие весы можно
считать достаточно чувствительными.

Определение
ошибки взвешивания.
На одних и
тех лее весах груз можно взвесить с
различной точностью. Наибольшая точность
может быть получена тогда, когда навеска
близка по значению к наибольшей допустимой
нагрузке весов. Ошибка взвешивания
возрастает, если переходят границу
предельной или минимальной нагрузки,
которая обозначена на коромысле данных
весов.

Чтобы сделать
вывод, насколько правильно выбраны весы
для определения массы вещества, надо
установить точность взвешивания или
относительную ошибку (в %).

Например, необходимо
взвесить массу 0,06 г. Какими весами при
этом следует воспользоваться? Для весов
ВР-100 величина 0,06 г близка к ненагруженным
весам, поэтому S_абс
по табл. 5
равна 0,005 г, а S_OTH
— 8%:

Для весов ВР-1
величина массы 0,06 г близка к ненагруженным
весам, поэтому S_а6с
(табл. 5) — 0,002 г, а
S _отв
— 3,6 %:

Таким образом, для
взвешивания массы 0,06 г нужно использовать
ручные весы ВР-1.

Расчет относительной
ошибки взвешивания можно осуществить
путем составления соответствующей
пропорции.

Например, рассчитать
относительную ошибку при взвешивании
0,1 г натрия хлорида на ВР-1. По табл. 5
находят ошибку, допустимую при нагрузке
0,1 г. Так как навеска наиболее близка по
значению к 1/10 предельной нагрузки, а не
к предельной нагрузке или к ненагруженным
весам, то допустимая погрешность S_oth
равна 0,003
(3 мг). Составив пропорцию, находят ошибку
взвешивания (х),
которая
составляет ±3 %:

0,1 – 0,003

100 — х

При взвешивании
на этих же весах большего количества
натрия хлорида 0,9 г (навеска наиболее
близка по значению к предельной нагрузке
ВР-1) допустимая погрешность равна 0,005
(5 мг). Относительная ошибка в этом случае
составляет ±0,55 %:

0,9 – 0,005

100 — х

Точность или
правильность
— способность
весов показывать правильное соотношение
между массой взвешиваемого вещества
и соответствующими гирями.

Точность или
правильность весов зависит от таких
факторов:

— от равноплечности
коромысла весов;

—от параллельности
острия опорной и грузопринимающих
призм;

— от положения
центра тяжести весов коромысла, который
должен лежать точно на вертикали,
проходящей через точки опоры, которые
находятся ниже нее;

— от равенства
массы чашек.

Если весы отвечают
указанным требованиям, то их коромысло
должно находиться в горизонтальном
положении, а показчик равновесия
(стрелка) — строго вертикальном как
при пустых, так и при нагруженных
одинаковым грузом чашечках. Вследствие
невозможности обеспечить у весов
абсолютно точное равенство плеч и в
связи с трением, создающимся в опорных
деталях коромысла при его колебаниях,
весы всегда имеют ограниченную точность.
В связи с этим для всех весов установлены
максимально допустимые погрешности и
весы считаются правильными (верными),
если их погрешности не превышают
установленных значений.

Проверка
точности весов
проводится
при 1/10 максимальной нагрузки, при полной
нагрузке и ненагруженных весах.

Например, необходимо
определить точность технических весов
с максимальной нагрузкой 1 кг. Для этого
на левую чашку помещают гирю, равную
1/10 максимальной нагрузки, 100,0 г, а на
правую — тарирный стакан с дробью и
добиваются равновесия. Затем при
нерабочем положении арретира гирю и
груз меняют местами и переводят арретир
в рабочее положение. Стрелка весов при
перемене местами гири и груза должна
прийти в положение равновесия. Если
равновесие восстанавливается, то весы
верны (равноплечи). При отсутствии
равновесия на поднявшуюся чашку весов
добавляют груз-допуск (миллиграммовый
разновес), равный величине погрешности
(см. табл. 5). Это должно привести весы в
состояние равновесия или отклонить
стрелку в противоположную сторону не
более чем на 5 мм. Вес добавленных гирь
в этом случае будет являться величиной
неравноплечно-сти весов. Если этого не
произойдет, весы не обладают достаточной
точностью, они неравноплечи. Неравноплечие
весы применять нельзя, так как они не
будут давать точные показатели массы
взвешиваемого вещества.

Гири и разновес.
Разновес представляет собой набор
гирь. Гири
— это
меры определенно установленной массы
(веса), служащие для измерения массы
тела по весу.

Взвешивая тело,
мы сравниваем его массу с величиной,
принятой за единицу по Международной
метрологической системе мер. За единицу
массы принимается килограмм. В
повседневной аптечной практике основной
единицей измерения массы лекарственного
средства является грамм — тысячная
доля килограмма. Названия низших единиц
долей грамма образуются с помощью
латинских приставок «деци» (0,1), «санти»
(0,01), «милли» (0,001). В рецепте слово «грамм»
или его обозначение «г» опускается.
Всякое число в рецепте, обозначенное
десятичными знаками, целыми или дробными,
принимается за выражение количества
вещества в граммах, если нет других
обозначений.

В зависимости от
назначения различают такие гири:

— образцовые,
изготовляемые из золота, платины и
медных сплавов;

— аналитические,
изготовляемые из медных сплавов и стали
с тщательно отполированной поверхностью,
покрытой золотом, платиной, никелем
или хромом;

— технические
1, 2 и 3-го классов.

В аптечной практике
применяются технические гири 2-го класса
в виде специальных наборов (разновесов):
крупного (граммового), содержащего гири
от 1,0 до 500,0 г, и мелкого (миллиграммового),
содержащего гири от 0,01 до 0,500 г. Граммовый
разновес изготавливают из латуни или
углеродистой стали с никелевым или
хромовым покрытием для предохранения
от окисления. Поверхность гирь должна
быть гладкой, без трещин, царапин и т.
п. Гири имеют форму прямых цилиндров с
головками. Миллиграммовые гири
изготавливают из мельхиора или алюминия
в виде разной формы пластинок:
треугольников, квадратов, шестиугольников.

Для защиты от
внешних влияний и повреждений гири
хранят в специальных коробках с гнездами
(рис. 15).

Гири должны
содержаться в чистоте, для чего
периодически их очищают от пыли и жира,
промывая в мыльной теплой воде или в
органических растворителях (спирте,
бензине), после чего тщательно вытирают
насухо

Рис. 15. Разновес:
а —
крупный; б
— набор в
футляре; в
— мелкий

мягкой тканью.
Брать их необходимо только пинцетом,
чистить гири
разными
полирующими средствами категорически
запрещается.

Гири и разновесы
подвергаются проверке и клеймению один
раз в год. Исправность весового хозяйства
аптечных учреждений контролируется
представителями местных отделений
Государственного комитета стандартов,
мер и измерительных приборов. При этом
на коромысло ручных и тарирных весов
наносится клеймо с указанием года
проверки (выбивают две последние цифры,
например, цифра 97 означает, что проверка
весов была проведена в 1997 г.).

Правила взвешивания
на технических и ручных равноплечих
весах. Прежде
чем начать взвешивание, нужно проверить
соответствие весов выше указанным
метрологическим свойствам, то есть
убедиться в их точности, чувствительности,
неизменности показаний и устойчивости.
Необходимо придерживаться предельной
и минимальной нагрузок, установленных
для данных весов.

Перед работой
весы следует осмотреть, протереть
марлевой салфеткой, смоченной
спирто-эфирной смесью, убедиться в их
равновесии в ненагруженном состоянии.
Если весы не уравновешены, то их
уравновешивают при помощи регуляторов,
помещенных на концах коромысла.

Как правило (для
удобства), гири помещают на левую чашечку
весов, а взвешиваемое лекарственное
средство — на правую.

При взвешивании
лекарственных и вспомогательных веществ
их названия ассистент читает трижды:
снимая с вертушки, при отвешивании и
возвращении штангласа на место. Подсчет
массы гирь производится дважды — в
начале взвешивания и по окончании.

Порошкообразные
вещества при взвешивании на ручных
весах помещают непосредственно на
чашку весов, а густые — на кружок
пергаментной или фильтровальной бумаги
(предварительно стари-рованный).
Взвешивать какие-либо вещества
непосредственно на чашечке тарирных
весов недопустимо, нужно применять
соответствующую тару (флаконы, банки,
капсулы и др.). Во избежание ошибок не
рекомендуется для тарирования применять
разновес.

Сыпучие вещества
отвешивают непосредственно из штангласа
путем легкого постукивания по нему
указательным пальцем правой руки.
Прибавляют вещество небольшими порциями
так, чтобы нити весов не загрязнялись.
По мере приближения момента равновесия
порции добавляемого вещества уменьшают,
чтобы исключить возможную передозировку
порошка. В случае необходимости вещество
отбирают при помощи пластмассовой или
целлулоидной пластинки. После взвешивания
с весов сначала снимают разновес (и
второй раз проводят подсчет массы
гирь), а затем лекарственное вещество.
После каждого отвешивания лекарственного
вещества из штангласа шейку и пробку
штангласа, а также чашечки весов
тщательно протирают марлевой салфеткой.

Лабораторные весы применяются в научной сфере и в производственных отраслях, например, в фармацевтике и ювелирном деле. Мы расскажем, как определить точность лабораторных весов, и рассмотрим критерии выбора на конкретных примерах.

Проблемы при определении точности весов

Главным критерием для выбора аналитических весов является высокая точность измерений. Для оценки точности используются следующие параметры:

1. погрешность при взвешивании;
2. стандартная и расширенная неопределенность;
3. возможный диапазон измерений.

Но в методических рекомендациях часто содержатся требования к классу точности прибора, а не к фактической точности взвешивания. При этом составители методики приводят ссылку на ГОСТ, действующий во время составления рекомендаций. Однако стандарты, разработанные в СССР, не подходят для нашего времени.

В СССР все произведенные весы соответствовали единому стандарту. Для выбора нужно было знать класс точности. В наши дни производители применяют стандарты в добровольном порядке. На рынке присутствует множество устройств, характеристики которых не соответствуют ГОСТу. Подобные устройства проходят утверждение в Росстандарте после серии испытаний.

Существуют и лабораторные весы, которые не соответствуют ГОСТу и не проходили утверждение в Росстандарте. Использовать такие приборы можно только для измерений, которые не подлежат государственному регулированию.

Для чего нужна калибровка оборудования

Фактическая точность весов не зависит от соответствия ГОСТу или утверждения в Росстандарте. В международной практике большинство исследований проводятся на калиброванных приборах, класс которых не соответствует общепринятым стандартам.

Именно калибровка, а не наличие сертификатов, гарантирует точный результат взвешивания. При калибровке не имеет значения погрешность, указанная в документах. Целью калибровки является определение реальных показателей. В процессе калибровки устанавливается неопределенность измерений и поправки на систематические погрешности.

ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2006 разрешает лабораториям использовать не только весы, прошедшие поверку, но и калиброванные приборы. На калиброванных приборах возможно измерение массы маленьких навесок.

Например, когда относительная погрешность не превышает 1%, масса навески не должна быть менее 100 мг. Когда относительная погрешность не более 0,1%, допустимая масса груза должна быть не менее 1 г.

Выбор лабораторных весов по рекомендациям

Рассмотрим типичные формулировки из нормативно-методических документов, которые содержат требования к точности прибора или точности измерений. Для оценки корректности формулировок мы будем разбирать конкретные примеры.

Пример №1

Формулировка: «Лабораторные весы, соответствующие ГОСТ Р 53228-2008».

В этой формулировке нет конкретных требований к точности прибора или точности взвешивания. Упоминание любого из стандартов в методической документации значительно уменьшает число вариантов. Из списка исключаются устройства, не прошедшие сертификацию и поверку.

Приведенный ГОСТ содержит перечень требований к весовому оборудованию, составленный с учетом всех возможных погрешностей. В этот перечень входят:

1. Требования к конструкции прибора.
2. Возможные погрешности в допусках.
3. Описание допустимых методов работы.
4. Допустимые условия эксплуатации.
5. Требования к квалификации персонала.

Стандарт включает методы оценки выполнения всех перечисленных требований. Текст стандарта занимает 140 листов. Основой для написания стандарта стал перевод рекомендации Р76 (1)-2006 от Международной организации законодательной метрологии.

Ссылка на упомянутый стандарт бесполезна: он содержит требования к идеальным устройствам. ГОСТ написан для узкого круга специалистов, которые занимаются разработкой, изготовлением, тестированием весов. Описанные в нем стандарты пока не достижимы на практике, но возможно максимально к ним приблизится.

Согласно упомянутому ГОСТу, класс точности весов зависит от основной величины «е». Величина «е» показывает предел допускаемой погрешности, который при эксплуатации в 2 раза выше, чем при поверке.Как величина «е» связана с классом точности приборов, показано в таблицах.

Таблица №1 — «Определение класса точности весового оборудования».

Таблица №2 — «Зависимость погрешности от уменьшения или увеличения нагрузки».

Пример №2

Формулировка: «Весы, соответствующие II классу точности согласно ГОСТ Р 53228-2008».

Таблица №1 показывает, что к II классу точности относятся весы с «е» не менее 1 мг. Лаборатория может закупить приборы с е = 1 мг или е = 10 мг. Требование будет выполняться в обоих случаях. Но погрешность устройств будет отличаться в 10 раз. Для ограничения выбора следует указывать не только класс точности, но и допустимое значение величины «е».

Пример №3

Формулировка: «Весы, соответствующие ГОСТ Р 53228-2008, точность которых равна 0,0001 г.»

По РМГ 29-99, точность весов — характеристика, которая указывает близость погрешности к нулю. Чем меньше значение погрешности, тем выше точность устройства. Согласно этому определению, термин «точность» не может использоваться в связке с каким-либо числом.

Возможно, под термином «точность» составители рекомендаций имели в виду предел допустимой погрешности 0,0001 г. = 0,1 мг. Но в таком случае выполнить условие невозможно. В приведенном ГОСТ минимальный предел допустимой погрешности составляет 1 мг. (см. таблицу №1).

Предположение о том, что в формулировке подразумевается цена деления, является еще менее вероятным. Цена деления не является характеристикой, которая указывает на точность прибора.

Пример №4

Формулировка: «Лабораторные весы II класса точности по ГОСТ 24104-88Е».

Упомянутый ГОСТ действовал до 1 июля 2002 года. Этот стандарт связывает предел допускаемой погрешности с двумя характеристиками:

1. класс точности прибора;
2. наибольший предел взвешивания.

Таблица №3 — «Зависимость погрешности от НПВ прибора».

Допустим, что в одной лаборатории грузы массой 1 г. взвешивают на весах с НПВ = 1 г. В другой лаборатории для этого используют прибор с НПВ = 200 г. При взвешивании грузов с одинаковой массой погрешность будет отличаться в 30 раз. Но формально измерения соответствуют единому стандарту.

Кроме того, в редакциях ГОСТ 24104 от 1980, 1988 и 2001 гг. содержались некорректные значения пределов допускаемой погрешности (для устройств I класса точности). Некорректность с точки зрения метрологии заключалась в отсутствии стандартных гирь, которые смогли бы обеспечивать заявленные погрешности. А также в том, что обозначенные пределы учитывали только случайную составляющую.

Пределы погрешностей в устаревших редакциях были равны среднеквадратическому отклонению показаний, умноженному на 3. Но эта формула верна только в одном случае: если проводить все измерения с образцовой гирей, как при поверке или калибровке. Формула не учитывает реальную погрешность гирь, которые участвуют в работе, и погрешность неравноплечести.

Пример №5

Формулировка: «Весы типа ВЛР-200 или другой модели, не уступающей им по метрологическим характеристикам».

Требование выглядит простым: в нем указана конкретное оборудование, которое можно закупить для лаборатории. Кажется, что нужно значение погрешности можно посмотреть в характеристиках прибора.

Но на самом деле ВЛР-200 — не электронные, а механические весы. Указанная модель относится к равноплечим приборам. Для взвешивания грузов требуется использовать комплект гирь и брать поправку на погрешность.

Как работать с прибором ВЛР-200:

1. На одну чашу ставится груз, а на другую — гири, которые могут его уравновесить. При этом возникает погрешность неравноплечести.
2. Для исключения погрешности неравноплечести выполняется повторное взвешивание того же груза.
3. Точность измерений определяется по методу Борда, Гаусса или Менделеева. Для расчетов можно использовать номинальную или действительную массу гирь с учетом поправок.

Чтобы рассчитать длину носителя, нужно сложить длину стикера с длиной промежутка и умножить результат на число стикеров. Расчет для приведенного примера выглядит так: (40+2) х 600 = 25200 мм или 25,2 м.

Возможная длина риббона: 74, 300 и 450 м. Чтобы рассчитать соотношение, следует разделить длину риббона на рассчитанную длину носителя. Например, одного риббона длиной 300 м хватит для печати на 300 / 25,2 = 11,9 рулонов. Следовательно, при закупке расходных материалов для принтера нужно соблюдать пропорцию 1 к 12.

Таблица №4 — «Определение погрешности неравноплечести».

Таблица показывает, что погрешность при взвешивании грузов массой до 25 г. может различаться в 6 раз.

Пример №6

Формулировка: «Весы с относительной погрешностью не более 0,1% и наличием государственной поверки».

Допустим, возможная масса груза от 1 г. до 100 г., а масса посуды не превышает 40 г. В таком случае при взвешивании грузов массой 1 г. допускается абсолютная погрешность в 1 мг. Цена одного деления должна быть в 5-10 раз меньше, чем абсолютная погрешность: 0,1 мг. или 0,2 мг. На практике весы с ценой одного деления 0,2 мг. встречаются крайне редко.

Максимальный предел взвешивания не должен быть менее 140 грамм (для грузов массой 100 г. и лабораторной посуды массой 40 г.) Кроме перечисленных характеристик, при покупке весов нужно обратить внимание на наличие сертификата о государственной поверке.

Пример №7

Формулировка: «Предел относительной неопределенности составляет 0,1% для 3-кратного среднеквадратического отклонения из 10 результатов, при этом доверительная вероятность равна 99,73%».

Выбрать подходящие весы можно по характеристикам, указанным производителем. Для подбора оборудования подходит таблица №5.

Таблица №5 — «Определение минимальной массы навески».

Для оценки неопределенности измерений следует провести калибровку весов в лаборатории. На отклонение показаний влияют:

• Условия внешней среды: температура, влажность.
• Наличие сквозняка: для повышения точности нужно установить ветрозащитный экран.
• Выбранный критерии стабильности результатов в меню.
• Квалификация оператора: степень его аккуратности при работе.
• Используемая посуда: чем меньше вес посуды, тем меньше будет отклонение.

При относительной неопределенности 0,1% и доверительной вероятности 99,73% минимальная навеска равна 300 мг. Если значение доверительной вероятности равно 95,54%, то минимальная навеска составляет 200 мг. Если в лаборатории придется взвешивать грузы с массой 1 мг, нужно будет использовать ультрамикровесы с ценой одного деления 0,0001 мг.

Выводы

При выборе лабораторных весов главным критерием служит погрешность или неопределенность измерений. Оба критерия могут быть абсолютными или относительными. Если сфера проведения измерений подлежит государственному регулированию, для выбора используются установленные требования по погрешности. Если измерения не регулируются государством, то для выбора весов можно использовать стандартную или расширенную неопределенность.

Приемлемой для указания в нормативно-методических документах является формулировка:
Электронные весы, обеспечивающие в диапазоне от … до … г. относительную погрешность (или относительную неопределенность) измерений не более … %.

Весы сегодня используются очень широко: в быту, в торговле, в сельском хозяйстве, на пищевых и химических предприятиях, в промышленности и т.п. Одной из важнейших характеристик любых весов является погрешность взвешивания. Следует понимать, что измерить вес какого-либо предмета или груза с абсолютной точностью практически невозможно, всегда будет присутствовать погрешность, которая может быть, как систематической (т.е. постоянной), так и случайной. В большинстве случаев проверка точности сводится к определению этой самой погрешности.

Что влияет на точность весов?

На результаты взвешивания оказывают влияние множество факторов:

• Чувствительность прибора;
• Правильность установки и использования;
• Условия эксплуатации;
• Температура окружающего воздуха и влажность.

Также стоит отметить, что погрешность всегда связана с ценой деления шкалы для аналоговых (стрелочных) весов и дискретой для цифровых.

Самостоятельная проверка точности весов

Обычно проверяют точность весов в следующих случаях:

• После покупки и установки;
• После ремонта;
• В соответствии с требованиями производителя, указанными в паспорте устройства;
• При смене местоположения и условий эксплуатации: температуры, влажности, давления и т.п.

Для проверки и настройки точности используют специальные калибровочные (эталонные) гири, имеющие заранее известную массу. Гири изготавливаются из различных металлов и материалов, могут выполняться в форме цилиндра, куба, параллелепипеда и т.п.

Как восстановить точность взвешивания

Калибровка является необходимой процедурой для обеспечения точности работы весов. Различают три способа:

• Внешний – с применением эталонных гирь;
• Внутренний – некоторые модели весов имеют внутренний эталон;
• Автоматический – калибровка осуществляется автоматически без участия оператора.

Процесс калибровки зачастую сводится к установке таких параметров, как наибольший предел взвешивания, цена деления и нулевая точка, но отличается для каждой отдельной модели весов. Калибруют весы в соответствии с указаниями производителя, приведенными в инструкции по эксплуатации, при этом важно, чтобы аппарат был выставлен строго по уровню на твердой поверхности, а в помещении держалась стабильная температура и отсутствовали сквозняки. Рекомендуется доверить это дело профессионалам, только так вы сможете быть уверены в том, что ваши весы будут работать с минимальной погрешностью.

В практике измерения массы применяется разнообразные приборы и устройства, которые отличаются назначением, областью применением, принципом работы. В данное время на  рынке весового оборудования число конструктивных модификаций весов исчисляется тысячами.

В 21 веке используются в основном электронные весы, но также на практике еще изредка применяются механические, а именно рычажные и даже пружинные весы.

Электронные весы подразделяются по принципу взвешивания на:

• Весы для статического взвешивания – весы платформенные, весы автомобильные, вагонные весы, товарные весы и лабораторные аналитические и прецизионные.
• Весы для взвешивания в движении – весы автомобильные подкладные, вагонные весы статико-динамические, весы вагонные динамические.
• Весы автоматические беспрерывного действия для суммарного учета – конвейерные весы и чеквейеры.
• Весы дискретного действия для суммарного учета автоматические – бункерные весы, автоматические весы-дозаторы и другие.

Погрешность весов при взвешивании

Для того, чтобы разобраться, что же такое погрешность весов при взвешивании, немного нужно окунуться в метрологическую терминологию. Погрешность измерения — это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой физической величины, обозначение ∆.

∆ = х – х _ист

Результат измерения – найденное значения физической величины опытным путем с использованием специальных технических средств, обозначение х. Истинное значение физической величины – значение физической величины, которое идеальным образом в количественном и качественном отношении отражало бы соответствующее свойство объекта измерения, обозначение х _ист. Физическая величина – свойство, в качественном отношении характерна для многих объектов, явлений или процессов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. В зависимости от выбранной классификационной характеристики существуют различные классификации погрешностей измерения, среди которых можно выделить наиболее распространенные:

1. по форме выражения;
2. по источникам возникновения;
3. по закономерностям возникновения и проявления

По форме выражения погрешности делятся на абсолютные и относительные.

Абсолютная погрешность

Абсолютная погрешность весов – разность между результатом измерения массы груза на весах и истинным значением массы данного груза. Абсолютная погрешность по значению равна погрешности измерения и равна

∆ = х – х _ист .

Относительная погрешность другие виды погрешностей

Относительная погрешность весов– это отношение абсолютной погрешности весов к условно истинному значению измеряемой величины, то есть к условно истинному значению массы груза, взвешиваемого на весах. Относительная погрешность равна:   где  δ – относительная погрешность; Δ – абсолютная погрешность;  – истинное значение физической величины – истинное значение массы взвешиваемого груза. Основная погрешность (абсолютная, относительная) весов  – это погрешность весов, определенная при нормальных условиях. Нормальные условия(i) – совокупность нормированных рабочих условий, которые устанавливаются для обеспечения достоверности взаимного сравнения результатов измерений. Нормированные рабочие(i) условия – условия эксплуатации, устанавливающие диапазон значений влияющих величин, при которых метрологические характеристики весов находятся в пределах нормированных максимально допустимых погрешностей. Нормированные рабочие условия имеют такие показатели: – диапазон температур от минус 10 ºС до плюс 40 ºС; – относительная влажность – 98 % при температуре 25 ºС.

Дополнительные погрешности весов

Дополнительная погрешность –погрешность весов, которая дополнительно возникает при эксплуатации весов в условиях отклонения хотя бы одной из влияющих величин от нормированного значения.

По источникам возникновения погрешности измерения бывают инструментальные, методические и личные (погрешности оператора).

Инструментальная погрешность весов – составляющая погрешности измерения, обусловленная свойствами средства измерительной техники, в данном случае весов. Методическая погрешность – составляющая погрешности измерения, обусловленная несовершенством метода измерения или несоответствием объекта измерения его модели, принятой для измерения. Погрешность оператора – составляющая погрешности измерения, обусловленная индивидуальными свойствами оператора/весовщика.

По закономерностям возникновения и проявления различают систематические, случайные и чрезмерные погрешности.

Систематическая погрешность весов – составляющая общей погрешности измерения, остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же величины. Случайная погрешность весов – составляющая общей погрешности измерения, меняется случайным образом (как по знаку, так и по величине) при повторных измерениях одной и той же величины. Чрезмерная погрешность – погрешность измерения, которая существенно превышает ожидаемую при данных условиях погрешность. Погрешность весов имеет свои пределы допустимых значений, которые регламентируются нормативным документом – стандартом. Результат значения измеряемой массы груза на весах в пределах допустимых погрешностей весов является приемлемым. Также есть термин «предел допустимой погрешности»(i), вот его значение: предел допустимой погрешности – это самая большая разница, положительная или отрицательная, установленная нормативным документом – стандартом между показанием весов и соответствующим действительным значением рабочих эталонов мер массы (гирь) при условии, что весы находятся в исходном положении и до нагрузки грузом имели нулевые показания.

Дискретность весов – цена действительного деления весов

Дискретность весов – это значение, выраженное в единицах массы, равное: – разнице между значениями двух последовательных отметок шкалы – для аналогового отображения измеряемого значения массы; или – разнице между значениями двух последовательно отраженных показаний – для цифрового отображения измеряемого значения массы. Дискретность весов обозначается, как d.  

Цена поверочного деления весов

Цена поверочного деления – значение, выраженное в единицах массы, используемой для классификации, оценки соответствия, поверки весов(ссылка). Цена поверочного деления весов обозначается, как e.

Классы точности весов

Класс точности – обобщенная метрологическая характеристика, определяется границами основной и дополнительной погрешностей весов, а также другими метрологическими характеристиками весов. Классы точности устанавливают в процессе проектирования весов с учетом проведенных испытаний в ходе проведения оценки соответствия требованиям Технического регламента, под действие которого попадают весы.  Если в нормативном документе, Техническом регламенте, стандарте, или технических условиях, регламентирующего технические требования к весам конкретного типа, установлено несколько классов точности, то класс точности конкретных весов допускается присваивать при выпуске из производства и проведению испытаний на соответствие метрологическим характеристикам. А также понижать класс точности возможно по результатам периодической поверки (или другого вида поверки) в порядке, предусмотренном действующей методикой поверки данного типа весов.

Класс точности весов для статического взвешивания

Неавтоматические взвешивающие устройства, а именно весы для статического взвешивания: платформенные весы, железнодорожные весы, автомобильные весы, которые используются в законодательно регулируемой метрологии, попадают под действие Технічного регламенту щодо неавтоматичних зважувальних приладів и должны отвечать требованиям стандарта ДСТУ EN 45501 «Метрологічні аспекти неавтоматичних зважувальних приладів». Весы квалифицируют в соответствии с: – ценой поверочного деления e шкалы весов, которая отражает абсолютную точность; – количеством поверочных делений n шкалы, которая отражает относительную точность. Максимально допустимые погрешности выражают через значение цены поверочного деления e. Более подробно о количестве поверочных делений n. Количество поверочных делений n –  это отношение значения максимальной нагрузки Max  весов до значения цены поверочного деления. Зная максимальную нагрузку Max  весов и цену поверочного деления e шкалы весов можно высчитать количество поверочных делений n : n = Max / e Согласно ДСТУ EN 45501 весы для статического взвешивания подразделяются на такие классы точности: – специальный класс точности   I – высокий класс точности    II – средний класс точности    III – обычный класс точности    IIII Цена поверочного деления e, количество поверочных делений шкалы n и минимальную нагрузку Min в соответствии с классом точности весов для статического взвешивания  приведены в таблице 1. Таблица 1.

Класс точности весов для динамического взвешивания

Для динамического взвешивания есть также разнообразные типы весов. Класс точности весов для динамического взвешивания обозначается цифрами: 0,2;  0,5;  1;  2. Например, класс точности 0,5 подразумевает, что: Рассмотрим для наглядности весы вагонные для динамического взвешивания, которые используются в законодательно регулируемой метрологии, попадают под действие Технічного регламенту засобів вимірювальної техніки и отвечают требованиям стандарта ДСТУ OIML R 106-1 «Ваги залізничні платформні автоматичні. Частина 1 . Загальні технічні вимоги. Методи випробування». Согласно ДСТУ OIML R 106-1 вагонные весы для динамического взвешивания подразделяются на 4 класса точности, более подробно в Таблице 2.

Таблица 2

При взвешивании вагона

Предел допускаемой погрешности во время взвешивания в движении сцепленных или расцепленных вагонов должен соответствовать наибольшему из следующих значений: а) значению, вычисленному по таблице 2 и округленном до ближайшего значения, кратного цене деления шкалы е b) значению, вычисленному по таблице 2 для массы отдельного вагона, которая составляет до 35% от наибольшего значения массы вагона, и округленном до ближайшего значения, кратного цене деления шкалы или c) 1 d.

Пример взвешивания вагона для весов вагонных динамического взвешивания 2-го класса точности:

Масса контрольного вагона = 100 т Наибольшая масса вагона Max = 100 т Цена деления шкалы е = 0,2 т Предел допустимой погрешности в соответствии с пунктом: Таблица 2 пункт a) 1% · 100 т = 1 т; Таблица 2 пункт b) 35% от Max · 100 т = 35 т, следующим образом: 1% = 0,35 т или 0,4 т (округленное значение) для 90% (54 из 60) контрольных вагонов; 2% = 0,7 т для 10% (6 из 60) контрольных вагонов; Таблица 2 пункт c) 1 d = 0,2 т;

При взвешивании поезда

Предел допускаемой погрешности во время взвешивания в движении поезда должен соответствовать наибольшему из следующих значений: а) значению, вычисленному по таблице 2 и округленном до ближайшего значения, кратного цене деления шкалы е b) значению, вычисленному по таблице 2 для массы отдельного вагона, которая составляет до 35% от наибольшего значения массы вагона, умноженного на количество контрольных вагонов этого поезда (не более 10 вагонов) и округленном до ближайшего значения, кратного цене деления шкалы е или c) 1 d для каждого вагона данного поезда, но не более 10 d.

Пример взвешивания поезда для весов вагонных для динамического взвешивания класса точности 1:

Количество вагонов в поезде = 50 Количество контрольных вагонов в поезде = 15 Масса контрольного вагона = 100 т Наибольшая масса вагона Max = 100 т Цена деления шкалы е = 0,2 т Предел допускаемой погрешности соответствии с пунктом: Таблица 2 пункт a) 0,5% · 100 т · 15 контрольных вагонов = 7,5 т; Таблица 2 пункт b) 35% Max · 10 контрольных вагонов = 350 т 0,5% · 350 т = 1,75 т, значение округляется до ближайшей погрешности шкалы Таблица 2 пункт c) 1 d · 10 контрольных вагонов = 2 т.

Вывод

Рассмотрев такие метрологические характеристики весов, как погрешность, дискретность – действительная цена деления, цена поверочного деления и класс точности, видно, что эти характеристики взаимозависимы друг от друга и при изменении одной из характеристик, меняется тип весов. Со значением «тип весов» можно ознакомится в следующей статье.