Libra
Skala jest urządzenie pomiarowe do określania masy .
Masę zwykle mierzy się za pomocą masy : masa ciała jest albo określana bezpośrednio, jak w przypadku wagi sprężynowej , lub porównywana z masą znanej masy, jak w przypadku wagi belkowej . W przypadku wag pierwszego typu do pomiaru uwzględniane jest przyśpieszenie ziemskie , które różni się lokalnie. W przypadku wag drugiego typu przyspieszenie ziemskie jest takie samo dla obu porównywanych mas i dlatego nie ma znaczenia dla wyniku. W obu typach, natomiast stosunek wagowy zależy przez statyczne wyporu w powietrzu. W zależności od wymaganej dokładności wpływy te są pomijane lub uwzględniane przez odpowiednie środki.
Związek między masą a wagą
Kontekst ma zastosowanie
W tym uproszczonym równaniu pomija się (co jest dopuszczalne w zależności od wymaganej dokładności):
- Różne przyspieszenie grawitacyjne w różnych punktach na powierzchni Ziemi lub w różnym czasie,
- hydrostatyczne wyporu w ważonych w otaczającym środowisku (przeważnie powietrza),
- Oddziaływania magnetyczne ważonych towarów, elementów wagi lub otaczających je przedmiotów,
- oddziaływania elektrostatyczne .
nieruchomości
Wagi charakteryzują się następującymi właściwościami:
- Zakres ważenia
- Czytelność
- Dokładność (patrz też: Klasa dokładności systemu wagowego )
- Powtarzalność
- Liniowość
- Rozmiar (zmienny)
- Stanowisko (np. wagi stołowe, wagi podłogowe, wagi dźwigowe )
historia
Równoważnia z V tysiąclecia pne BC odkryto w prehistorycznym grobowcu w Egipcie . Najwcześniejsze egipskie obrazy prostych łusek wiązkowych pochodzą z około 2000 r. p.n.e. Zawieszenie balansu składało się z liny, na jej zewnętrznych końcach zawieszone były szalki wagi. Około 500 pne Etruskowie poprawili dokładność balansu wiązki. W Rz również wiedział łuski nierówne ramieniem, dłuższe ramię prowadzi ruchomy element wagi i oznakowanie linii. W renesansie w laboratoriach alchemicznych używano bardzo czułych wag analitycznych.
W 1669 Francuz Gilles Personne de Roberval wynalazł wagę stołową. Miało to tę zaletę, że pozycja ważonego ładunku na szalkach nie wpływała na wynik. W 1763 roku szwabski pastor Philipp Matthäus Hahn zbudował skalę nachylenia z bezpośrednim wskaźnikiem masy. Wagi dziesiętne i kuchenne powstały w pierwszej połowie XIX wieku. Podjęto około 1850 prób automatycznego wydrukowania wyniku ważenia. W 1895 roku w USA pojawiły się wagi z jednoczesnym wyświetlaniem cen (wagi cenowe). W 1939 roku dwóch amerykańskich inżynierów wprowadziło erę wag elektronicznych, wykorzystując zmiany oporu elektrycznego.
Zasady ważenia
W przypadku wag rozróżnia się dwie podstawowe zasady wymienione powyżej, pomiar masy i porównanie masy.
Ważenie przez pomiar wagi
W najprostszej postaci wag sprężynowych ważony przedmiot zawiesza się na sprężynie śrubowej i mierzy się wydłużenie. Na podstawie stałej sprężystości siła ciężaru jest wyznaczana i odwzorowywana na masę za pomocą odpowiedniej skali . Powiązane zasady pomiaru opierają się również na pomiarze odkształceń , na przykład za pomocą membran , czujników siły , ogniw obciążnikowych, efektu piezoelektrycznego lub skręcania pierścienia .
Dostępne są wagi sprężynowe i mierniki siły dla różnych zakresów pomiarowych . Przykłady:
- prosta waga sprężynowa jest popularnie nazywana „wagą szmatkową”
- Wysokiej jakości wagi sprężynowe o okrągłym kształcie ze wskazówką (szybka równowaga wskazówkowa)
- Waga domowa, urządzenie ręczne/stołowe do ok. 10 kg
- Wagi kuchenne i dziecięce, do 5 lub 10 kg
- Wagi osobiste do masy ciała (zwykle do 130 lub 150 kg, dokładność 0,1 do 3 kg).
- Urządzenia wolnostojące do celów przemysłowych lub handlowych (zakres ważenia / podział wagi najczęściej 25 kg / 50 g, 50 kg / 100 g lub 100 kg / 200 g, dokładność 0,1-0,2%).
- Wagi i barometry membranowe
- Mikrowagi i precyzyjne wagi sprężynowe do laboratoriów, lekcji fizyki itp. z dokładnością 0,1–0,5%.
Ważenie przez porównanie masy
Masę ciała określa się porównując ją ze standardowymi obciążnikami. Wagi te działają również z grawitacją , ale nie muszą być dostosowywane do różnych warunków lokalnych i dlatego mogą być również używane na innych ciałach niebieskich, takich jak Księżyc. Wagi referencyjne są znormalizowane w zakresie od 1 mg do 5 t.
- A równowagi wiązki mierzy równowagi dwóch momentów wytwarzanych przez ciężarów materiał ważony i odważnik . W najprostszym przypadku jest to belka wagi zamontowana w punkcie obrotu, na końcach której zawieszone są dwie szalki w tej samej odległości od punktu obrotu. Wariantem wagi belkowej, którą można było spotkać w wielu gospodarstwach domowych i kuchniach, jest waga stołowa (waga Roberval), w której szalki są przymocowane do równoległoboku dźwigniowego i znajdują się nad belką wagi.
- Waga szybkoobrotowa , zwana również liniową wagą masową lub przesuwną wagą wagową , dawniej nazywana również Besemer , składa się z pręta, który podczas ważenia jest dzielony na dwa nierówne ramiona dźwigni. Na jednym ramieniu dźwigni znajduje się obciążnik, a na drugim hak do zawieszania ważonych towarów. Stosunek ramion dźwigni można przesuwać za pomocą języka i uchwytu, aż do osiągnięcia równowagi z zamocowanym przedmiotem ważenia. Wagi o dużej szybkości były używane przez Greków, Rzymian i Chińczyków w czasach przedchrześcijańskich . Na patyku może znajdować się łuska.
- Dziesiętny waga jest odpowiednia dla większych obciążeń. Działa również na zasadzie dźwigni dwustronnej i jest skonstruowany w taki sposób, że na przykład ważona masa 100 kg jest ważona z odważnikiem referencyjnym 10 kg.
- Skali Nachylenie mierzy ugięcie stałej wagi na ramię dźwigni. Zasada ta jest stosowana w wielu skalach literowych .
- Porównania masy można również przeprowadzić na wagach jednoszalkowych (lub na wagach dwuszalkowych, w których na jednej szalce pozostaje przeciwwaga) za pomocą odpowiedniej procedury (ważenie substytucyjne, substytucja Borda). Jest to zwykła procedura porównywania masy na komparatorach masy w celu kalibracji odważników. Proces ten zapewnia najwyższą dokładność ważenia i może być stosowany w wagach mechanicznych i elektronicznych.
Rzymska skala prędkości z Pompejów
Wagi elektroniczne i elektromechaniczne
Urządzenia mechaniczne są coraz częściej zastępowane wagami elektronicznymi. Elektroniczne wagi analityczne mierzą w zakresie kilkuset gramów (zazwyczaj 200-300 g) z dokładnością odczytu do 0,1 mg, co odpowiada rozdzielczości 10 6 .
funkcjonalność
Pomiar odkształcenia
Niektóre wagi elektryczne, takie jak wagi sprężynowe, często przekształcają siłę ciężaru za pomocą elementu elastycznego ( sprężyny lub belki zginającej ) w odkształcenie lub ścieżkę. Jednak w porównaniu z wagami mechanicznymi ścieżka lub ekspansja jest mniejsza. Wydłużenie jest mierzone za pomocą tensometru . Odpowiednie moduły to ogniwa obciążnikowe .
Odchylenie położenia elementu sprężystego można również rejestrować poprzez zmianę pojemności (zmianę odstępu między płytami kondensatora ).
Kompensacja siły elektromagnetycznej
Dokładniejsze wagi działają na zasadzie kompensacji siły elektromagnetycznej . Siła przeciwdziałająca jest generowana przez cewkę w stałym polu magnetycznym, która odpowiada obciążeniu mierzonej próbki na szalce wagi. Z tą przeciwwagą zachowana jest równowaga. Odbywa się to za pomocą czujnika położenia i wzmacniacza sterującego. System dźwigni umożliwia utrzymywanie większej siły w równowadze przy mniejszej sile przeciwdziałającej. Proporcjonalny do siły prąd cewki jest mierzony i po przeliczeniu na masę, wyświetlany. Dzięki tej zasadzie nie ma deformacji, co prowadzi do większej dokładności w porównaniu z zasadami deformacji.
Wagi elektromechaniczne dla przemysłu i transportu
Platform (skala platforma), z dużą liczbą komórek obciążenia i terminalu pomiarowym pomostowe drogi są znane, między platformą innymi i transporcie waga waga samochodowa ścieżki dla pojazdów szynowych, statyczne dynamicznego / wag osi , wagi dźwigów i paletowe (np. 10 do 1500 kg ± 0,5 kg) lub ważenie z kontrolą napełnienia (patrz: waga napełnienia )
Wagi liczące
Zliczanie wagi określić stosunek wagowo ilości do jednej z tych części (środek liczenie). W tym celu jako porównanie umieszcza się jedną lub (w przypadku dużych ilości do przeliczenia) kilka sztuk. Zwykłe wagi elektroniczne mogą zawierać tę funkcjonalność w postaci oprogramowania w swoim zakresie działania.
Specjalne skale dla technologii i fizyki
- Bilans sześcioskładnikowy: Mierząc trzy siły i trzy momenty w ortogonalnym układzie współrzędnych , taką równowagę można wykorzystać na przykład do pomiaru wszystkich skutków przepływu powietrza na model w tunelu aerodynamicznym .
- Grawimetr dla geofizyki i geodezji : Precyzyjna „waga sprężynowa” (belka pochyła) lub z nadprzewodnictwem , pomiar pola grawitacyjnego Ziemi od 950 do 990 Gal ± 0,001 mGal (1 Gal = 1 cm/s²).
- Równowaga obrotowa ( Henry Cavendish określił stałą grawitacyjną za pomocą wagi obrotowej w 1798 )
- Balans w watach : porównuje moc mechaniczną z elektryczną ; Użycie to implementacja jednostki kilograma SI zgodnie z obowiązującą definicją.
- Waga komparatorowa lub komparator masy do porównywania kawałków masy. Najdokładniejsze urządzenia umożliwiają pomiary w próżni (0,005 mbar). Pozwala to uniknąć koniecznych poprawek ze względu na różną wyporność statyczną wzorca i próbki w powietrzu. Obecnie najdokładniejszy komparator masy PTB ma odchylenie standardowe 1 * 10 -10 kg.
- Waga bawełniana ( waga magnetyczna ) do szybkiego i dokładnego pomiaru masy monet, wynaleziona przez Williama Cottona, gdy był dyrektorem Banku Anglii w latach 1842-1845.
- Miernik masy powietrza, miernik gęstości density
Rodzaje wag
Po aplikacji
Dla ludzi i gospodarstwa domowego:
Reklama w telewizji:
- Skala detaliczna
- Skala ula
- Wagi piekarnicze
Medyczny:
Dla pojazdów:
Historyczny:
Według typu
- Równowaga wiązki
- Skala dziesiętna , często jako waga workowa z platformą i ścianą do oparcia worka
- Równowaga wiosenna
- Waga dźwigowa
- Waga wielogłowicowa
- Balans przechyłu
- Dynamometr pierścieniowy
- Wagi patelni
- Wagi stołowe
- Łuski księżycowe z eliptycznie zakrzywioną elipsą sprężynową, wewnątrz której chroniona wskazówka i łuska w kształcie półksiężyca
- Równowaga wskaźnika
Dla dokładności
Wagi precyzyjne osiągają dokładność do 0,01%. Klasyfikacja według dokładności:
- Mikrowagi np B. z przyrostem cyfr 1 µg
- Waga analityczna , np B. z przyrostem cyfr 0,1 mg
- Równowaga precyzyjna , z przyrostem cyfr od 1 mg do 100 mg
- Wagi handlowe
- Zgrubna skala
Historia słów
Etymologia i pisownia
Słowo łuski ( ahd . Wāga , mhd. Wāge ) jest związane z czasownikiem poruszać się . Oba słowa wywodzą się z indoeuropejskiego rdzenia, który oznacza „przenieść się”. W pierwotnym znaczeniu tego słowa waga to poruszający się, wibrujący obiekt. Czasownik odważyć się (mhd. zważyć ) o znaczeniu „ odważ się zaryzykować coś” jest pochodną mhd. Wāge (= waga) i faktycznie oznacza „położyć coś na wadze”.
W 1927 roku sprawa była do lepszego odróżnienia dla samochodów o wadze do równowaga zmieniło.
Ważenie i ważenie
Czasowniki ważą i ważą oba oznaczają „określić wagę”, ale różnią się historią słów i dzisiejszym użyciem słów.
- Starszy czasownik to ważyć ( ahd . Wegan , mhd. Z powodu ). Pierwotnie oznaczało to „poruszać się”. Prefiks -Verb posunięcie jest ze starego czasownika ponieważ pochodzi i przejął jego pierwotnego znaczenia. Dla znaczenia „określić wagę” pisownia ważona (zamiast z powodu ) powstała w XVI wieku pod wpływem płacy (= wagi ). Ze znaczenia „określ wagę” rozwinęło się przeniesione znaczenie „rozważ uważnie”, „rozważ”.
- Czasownik ważyć jest młodszym wariantem ważenia . Została stworzona w XVI wieku z dwóch odmienionych form słowa waga : (ty) waży i (on) waży .
- W czasie przeszłym i doskonałym nie można rozróżnić, oba słowa zważyły, zważyły ; ważony, ważony występuje tylko w znaczeniu przenośnym.
Określanie wagi jest dziś niemal wyłącznie wyrażane w potocznym języku młodszym czasownikiem ważyć . W żargonie technicznym jednak wytrzymaliśmy. Ponadto ważenie w Szwajcarii w użyciu.
Czasownik ważyć to samo w czasie teraźniejszym (ale słaby: zważyć, zważyć ) o znaczeniu „delikatnie poruszać się tam iz powrotem” pochodzi od kołyski . Słowa kołyska i łuski nie są bezpośrednio powiązane, ale prawdopodobnie wywodzą się z tego samego indoeuropejskiego rdzenia słowa o wspólnym podstawowym znaczeniu „ruchomy przedmiot”.
Przeniesione użycie słowa
Urządzenie było szczególnie popularne w ikonografii religijnej w postaci łusek duszy .
Słowo waga jest również używane w nazwach niektórych urządzeń technicznych, które nie służą do wyznaczania masy:
- Wyrównanie w poziomie lub w pionie jest sprawdzane za pomocą poziomicy .
- Poziom pion jest historyczna prekursorem poziomnicy. Poziomy można używać tylko do sprawdzenia wyrównania w poziomie.
- Waga kropli stosuje się do określania gęstości lub ciężar właściwy cieczy. Dobrze znanym przykładem są łuski moszczu (zwane również łuskami Oechsle'a ), za pomocą których mierzy się gęstość moszczu gronowego . Pomiar ciężaru właściwego (= ciężar na objętość) jest prawie taki sam jak pomiar ciężaru, pod tym względem skala obniżania może być faktycznie uważana za „wagę do płynów”.
- Za pomocą wagi obrotowej mierzone są bardzo małe siły, np. B. przyciąganie masy między dwoma ciałami.
W mowie potocznej niektóre idiomy odnoszą się do obrazu wagi:
- trzymaj się w równowadze
- połóż każde słowo na złotej wadze!
literatura
- Heinrich Böll : Wagi Baleksów
- Karl Erich Haeberle: Dziesięć tysięcy lat Wagi. Z historii rozwoju techniki ważenia . Bizerba-Werke, Balingen 1967.
- Hans R. Jenemann, Arno M. Basedow, Erich Robens: The development of the macro vacuum balance , Wirtschaftsverlag NW i inni, Bremerhaven 1992, ISBN 3-89429-214-8 , ( raport PTB - TWD 38).
- Manfred Kochsiek (red.): Podręcznik ważenia . Wydanie drugie poprawione i rozszerzone. Vieweg, Braunschweig i wsp. 1989, ISBN 3-528-18572-4 .
- Roland Nater, Arthur Reichmuth, Roman Schwartz, Michael Borys, Panagiotis Zervos: Weighing Lexicon: Guide to Weighing Terms , Springer, Berlin Heidelberg 2008, ISBN 978-3-540-75907-2 .
- Richard Vieweg : Z historii kultury wag . Bizerba-Werke, Balingen 1966.
- Hans R. Jennemann: O starożytnych egipskich wagach małych i związanych z nimi przyrządach ważących . W: Technikgeschichte, Vol. 62 (1995), H. 1, s. 1-26.
linki internetowe
Indywidualne dowody
- ^ Besemer w Meyers Konversations-Lexikon , wydanie 4. (1885-1892), retrobibliothek.de
- ↑ Nauka o ważeniu i pomiarach oraz standardach wagi i miar, https://www.nature.com/articles/009047a0 Nature 9, 47-49 (1873)
- ↑ Jak elektromagnetycznego siła działa kompensacja , zróżnicowana w zależności od technologii - udanej strategii Sartorius AG , str 11 (PDF; 1,1 MB).
- ↑ a b Duden online: Waga
- ↑ Duden online: odważ się
- ^ Obwieszczenie Ministra Spraw Wewnętrznych Rzeszy z 5 lipca 1927 r. (Reichsministerialblatt 1927, nr 29, s. 205); Duden 1929, faql.de
- ↑ a b Duden online: zważyć
- ↑ a b Duden online: zważ (do wagi i zważ )
- ↑ Duden online: zważ (do kołyski )
- ↑ Duden online: kołyska
- ↑ Duden online: Goldwaage