LABORATORIUM METROLOGII

Ćwiczenie M_2. Pomiar masy

Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

1

Ćwiczenie

M_2

Temat ćwiczenia:

Pomiar masy

Opracowanie

Dr inż.

M. Dudek

Nr zespołu:

Wydział, rok, grupa:

Data

Nazwisko i imię

Ocena

Teoria

Wykonanie ćwiczenia

Końcowa z ćwiczenia

1.

2.

3.

Cel ćwiczenia

1. Opanowanie podstawowych informacji dotyczących pomiaru masy metodą wagową

2. Sprawdzenie przy pomocy wzorców określonej klasy prawidłowego działania wagi

analitycznej i technicznej.

Podstawowym urządzeniem pomiarowym stosowanym w wielu laboratoriach badawczych

i przemysłowych jest waga. Wagi laboratoryjne są charakteryzowane za pomocą dwóch

podstawowych parametrów nośności , czułości i dokładności

Nośność wagi – jest to maksymalne dopuszczalne obciążenie wagi, podawane przez producenta

Czułość bezwzględna wagi – jest określana jako najmniejsza masa, która umieszczona na szalce

powoduje zauważalną zmianę jej wskazań. Czułość bezwzględna wagi nie powinna się zmieniać w

zależności od obciążenia przy poprawnie działającej wadze.

Czułość względna wagi – jest definiowana jako stosunek czułości bezwzględnej do całkowitego

obciążenia wagi w danym momencie

Dokładność wyznaczania masy wynika z czułości wagi. Ze względu na nośność i dokładność wagi

laboratoryjne dzieli się na :

wagi techniczne – o różnej nośności i dokładności ± 0,01g

analityczne o nośności przeważnie do 200g i dokładności ± 0,1 mg

półmikroanalityczne – o nośności zwykle do 100g i dokładności ± 0,01mg

mikroanalityczne – o nośności przeważnie do 300g i dokładności ± 0,001mg

ultramikroanalityczne – o nośności rzędu kilkuset mg i dokładności od ± 0,1 do ±0,01 g

Obecnie dominują wagi elektroniczne wykorzystujące 3 mechanizmy pomiaru: wagi tensometryczne,

magnetoelektryczne oraz wibracyjne. Konstrukcja wagi oparta jest na zastosowaniu przetwornika

zamieniającego nacisk masy na sygnał elektryczny. Ze względu na cyfrową obróbkę sygnału

pomiarowego pozwalają one ( w zależności od klasy wagi) na uzyskanie jako rezultatu operacji

ważenia już częściowo przetworzonego wyniku ważenia np. na automatyczne odejmowanie masy

naczyńka wagowego od masy próbki z pojemnikiem ( tzw. tarowanie).

LABORATORIUM METROLOGII

Ćwiczenie M_2. Pomiar masy

Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

2

Wagi wykorzystujące przetwornik tensometryczny charakteryzują się prostą budową i niskimi

kosztami wykonania. Operują na skali do 100 000 działek. Takie wagi elektroniczne posiadają

zakres ważenia od pojedynczych gramów do kilkudziesięciu ton. Często wykorzystywane są

do pomiarów w przemyśle i medycynie.

Wagi z przetwornikiem magnetoelektrycznym to wyższe koszty wykonania i skomplikowana

budowa. Pracują na rozdzielczości do 100 000 000 działek, a zakres ważenia wynosi od

ułamków mikrograma do kilkuset kilogramów. Znajdują szerokie zastosowanie jako

precyzyjne wagi analityczne.

Wagi elektroniczne z systemem wibracyjnym wymagają średnich kosztów wykonania i mają

zaawansowaną budowę. Pracują na rozdzielczości do 100 000 działek. Nie występuje czas

nagrzewania (inicjalizacji) w związku z bardzo małym poborem prądu. Dużą zaletą wag jest

Do niewątpliwych zalet wag elektronicznych należy możliwość zastosowania urządzeń

peryferyjnych, takich jak wyświetlacz zewnętrzny, drukarka, komputer itp. oraz krótki czas

ważenia. Wagi elektroniczne to nowoczesne rozwiązania, które przydadzą się w każdym

biznesie wymagającym funkcji pomiaru masy. możliwość zastosowania w strefach

wybuchowych.

Innym istotnym kryterium klasyfikacji wagi może być : podział wag ze względu na obszar

zastosowania: tzn. stosowane w obszarze regulowanym (metrologia prawna, dyrektywy, stosowne

dokumenty krajowe np. Ustawa, Prawo o miarach) oraz stosowane poza tym obszarem

Wzorce masy i odważniki

Obecnie wzorce masy i odważniki stosuje się prawie wyłącznie do adiustacji oraz

sprawdzania wag analitycznych.

Adiustacją nazywa się czynność mająca na celu doprowadzenie przyrządu pomiarowego do

stanu działania odpowiadającego jego przeznaczeniu.

Z kolei wzorcowanie to zbiór operacji ustalających, w określonych warunkach, relację między

wartościami wielkości mierzonej wskazanymi przez przyrząd pomiarowy lub układ pomiarowy albo

wartościami reprezentowanymi przez wzorzec miary lub przez materiał odniesienia, a odpowiednimi

wartościami wielkości realizowanymi przez wzorce jednostki miary.

Świadectwo wzorcowania – oficjalny dokument wydawany przez akredytowane laboratorium

pomiarowe zawierające wyniki wzorcowania i poświadczający, że wzorowany przyrząd spełnia

określone wymagania metrologiczne.

Międzynarodowa Organizacja Metrologii Prawnej dokładnie zdefiniowała wymagania

metrologiczne dla odważników w obszarze obowiązkowej legalizacji na całym świecie.

LABORATORIUM METROLOGII

Ćwiczenie M_2. Pomiar masy

Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

3

Klasy dokładności od E1 do M3 są określane w ściśle hierarchicznym stosunku 1: 3 gdzie E1 –

jest najwyższą klasą a M3 – najniższą klasą. Opis ich właściwości przedstawiono w tabeli 1. Wzorce

masy wykonywane są ze stali nierdzewnej magnetycznej, aluminium lub srebra.

Blaszki

z

aluminium

lub

srebra

(masa 1-500mg)

Pręciki ze stali nierdzewnej (masa 1-500mg)

LABORATORIUM METROLOGII

Ćwiczenie M_2. Pomiar masy

Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

4

Tabela 1. Dopuszczalne błędy graniczne dla wzorców masy klasa E1-M3 wg. Rozporządzenia Ministra

Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej oraz Dyrektywy R111 OIML

wartość nominalna

[mg]

E1

E2

F1

F2 M1 M2

M3 (OIML)

50 kg

25

75

250 750 2500 8000

25000

20 kg

10

30

100 300 1000 3200

10000

10 kg

5

15

50 150 500 1600

5000

5 kg

2,5

7,5

25

75 250 800

2500

2 kg

1

3

10

30 100 400

1000

1 kg

0,5

1,5

5

15

50 200

500

500 g

0,25 0,75 2,5 7,5 25 100

250

200 g

0,1

0,3

1

3

10

50

100

100 g

0,05 0,15 0,5 1,5

5

30

50

50 g

0,03 0,1

0,3

1

3

30

30

20 g

0,025 0,08 0,25 0,8 2,5

20

25

10 g

0,02 0,06 0,2 0,6

2

20

20

5 g

0,015 0,05 0,15 0,5 1,5

10

15

2 g

0,012 0,04 0,12 0,4 1,2

5

12

1 g

0,01 0,03 0,1 0,3

1

5

10

500 mg

0,008 0,025 0,08 0,25 0,8

-

-

200 mg

0,006 0,02 0,06 0,2 0,6

-

-

100 mg

0,005 0,015 0,04 0,15 0,5

-

-

50 mg

0,004 0,012 0,03 0,12 0,4

-

-

20 mg

0,003 0,01 0,025 0,1 0,3

-

-

10 mg

0,002 0,008 0,02 0,08 0,25

-

-

5 mg

0,002 0,006 0,02 0,06 0,2

-

-

2 mg

0,002 0,006 0,02 0,06 0,2

-

-

1 mg

0,002 0,006 0,02 0,06 0,2

-

-

Zasady prawidłowego wykonywania pomiaru masy na wadze analitycznej

1.

Waga analityczna powinna znajdować się w osobnym pomieszczeniu , najczęściej w tzw.

pokoju wagowym. Ma to na celu uchronienie tego precyzyjnego przyrządu przed niszczącym

działaniem atmosfery laboratoryjnej. W pomieszczeniu tym należy utrzymywać możliwie

stałą temperaturę

2.

W celu zabezpieczenia wagi przed wstrząsami, wagę należy umieścić na płycie marmurowej,

stół wagowy antywibracyjny

LABORATORIUM METROLOGII

Ćwiczenie M_2. Pomiar masy

Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

5

3.

Na wadze analitycznej powinno się ważyć tylko wtedy, gdy wymagana jest dokładność do

0,0001 g. W innych przypadkach należy używać wagi o odpowiednio mniejszej czułości np.

wagi technicznej

4.

Poziomowanie wagi – polega na pokręceniu nóżkami wagi, tak aby pęcherzyk powietrza

umieszczony w poziomicy, znalazł się w centralnym położeniu

5.

Nie wolno obciążać wagi powyżej maksymalnego dopuszczalnego jej obciążenia, które dla

wag analitycznych wynosi najczęściej 200g

6.

Przed ważeniem należy koniecznie ustalić punkt zerowy wagi .

7.

Podczas ważenia drzwiczki wagi powinny być zamknięte

8.

Nie wolno stawiać na wadze przedmiotów ciepłych ( a tym bardziej gorących) ani też

zimnych ponieważ wyniki takich przedmiotów będą obarczone błędem

9.

Nie wolno umieszczać ważonych substancji bezpośrednio na szalce. Należy je ważyć w

naczyńkach wagowych, w tygielkach i na szkłach zegarkowych

Bezwzględnie nie wolno

1. Nie należy kłaść materiałów magnetycznych na szalkę wag

2. Nie przeciążać szalki masą przekraczającą maksymalny udźwig

3. Nie obciążać dynamicznie szalki

2. Wykonanie ćwiczenia

2. 1 Sprawdzić poprawność działania wagi technicznej oraz analitycznej stosując odpowiednie wzorce

masy. Wyniki zestawić w tabeli 1. Wykonać po 10 pomiarów dla każdego wzorca. Określić błąd

bezwzględny i względny ważenia.

2. 2. Wykonać pomiar masy naważek analitycznych wskazanych przez prowadzącego na wadze

technicznej oraz analitycznej. Określić błąd względny pomiaru.

3. Zadania do obliczenia

3. 1 Obliczyć błąd względny ważenia na wadze o dokładności 0.1 g a) próbki 100g b) próbki 10g c)

próbki 1 g

Ważenie w laboratorium chemicznym nie powinno odbywać się z błędem większym niż 0,1 %. Z

przeprowadzonych obliczeń wynika, że właściwy typ wagi wybrano dla próbki ?