Ζυγός

Ο ζυγός είναι από τα πιο βασικά όργανα κάθε εργαστηρίου. Στα εργαστήρια συνήθως χρησιμοποιούμε τους αναλυτικούς ή ημιμικροαναλυτικούς ζυγούς. Οι ζυγοί χρησιμοποιούνται για τον ακριβή προσδιορισμό της μάζας των σωμάτων που προορίζονται για ανάλυση. Η μάζα μετριέται σε dynes ή Newtons αλλά στην πράξη χρησιμοποιείτε το γραμμάριο.

   Οι ζυγοί διακρίνονται κατά τα μετρολογικά χαρακτηριστικά, εξωτερικά χαρακτηριστικά και την αρχή λειτουργίας.
 Τα μετρολογικά χαρακτηριστικά είναι το μέγιστο βάρος ζύγισης, η αναγνωσιμότητα της κλίμακας( που μπορεί να μην είναι ίση με την ακρίβεια του ζυγού) και την επαναληψιμότητα των ενδείξεων όταν ζυγίσουμε το ίδιο σώμα με τις ίδιες συνθήκες πολλές φορές.
 Τα εξωτερικά χαρακτηριστικά εξαρτώνται από την κατασκευή τους, η οποία επιβάλλεται από της απαιτήσεις για μεγαλύτερη ακρίβεια. Παράδειγμα: μπορεί να έχουν κλειστό διαμέρισμα ζύγισης, σύστημα οριζοντιοποίησης κτλ. 
 Ανάλογα με την αρχή λειτουργίας τους χωρίζονται πρώτα στους μηχανικούς και ηλεκτρονικούς ζυγούς. Οι μηχανικοί ζυγοί στηρίζουν την λειτουργία τους σε ένα ελατήριο ή μια φάλαγγα. Ενώ οι ηλεκτρονικοί στους μεταλλάκτες μηχανικής τάσης ή στους ηλεκτροδυναμικούς μεταλλάκτες.   
Υπάρχουν τρία είδη ζυγών. Οι ζυγοί με ελατήρια, φάλαγγα και οι ηλεκτρονικοί. Από αυτούς οι ζυγοί με ελατήρια και οι ηλεκτρονικοί μετράνε βάρος Β. Η μάζα m του σώματος προσδιορίζεται από τον τύπο B=mg, όπου  g η επιτάχυνση της βαρύτητας η οποία μεταβάλετε ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος ή και μήκος.

Η μέτρηση της μάζας m στον ζυγό με ελατήρια γίνεται μετρώντας την έκταση x του ελατηρίου που προκλήθηκε από ένα βάρος B. O ζυγός ισορροπεί όταν η δύναμη F που του ασκεί το ελατήριο είναι ίση με το βάρος:

                                                  B+F=0  =>  m =     όπου k: η σταθερά του Hooke για το συγκεκριμένο ελατήριο.

Η βαθμονόμηση για την ζύγιση μάζας γίνεται με πρότυπα βάρη με τα οποία μπορούμε να υπολογίσουμε εύκολα το για το συγκεκριμένο ελατήριο και περιοχή.

Ο ζυγός με φάλαγγα αποτελείται από μια φάλαγγα που στηρίζεται στην κορυφή ενός πρίσματος όπου σε ίσες αποστάσεις l, από το σημείο στήριξης, αναρτώνται δυο δίσκοι, που στηρίζονται σε ακμές παρόμοιων πρισμάτων. Εάν στους δυο δίσκους βάλουμε δυο σώματα βάρους Β1,Β2 ο ζυγός θα ισορροπήσει σύμφωνα με την σχέση: B1l=B2l => m1gl=m2gl => m1l=m2l Tα προβλήματα-μειονεκτήματα που παρουσιάζει αυτός ο ζυγός είναι: 1.Αν διαφέρουν ελάχιστα τα δύο βάρη ο ζυγός θα ισορροπήσει κατακόρυφα. Αυτό το αποφεύγουμε αναρτώντας στο σημείο στήριξης ένα βάρος κάθετα σε αυτό σε απόσταση l1. 2.Ταλαντώνεται για αρκετό χρόνο πριν ισορροπήσει. Χρησιμοποιούνται για αυτό συστήματα απόσβεσης με αέρα ή μαγνητικό πεδίο. 3.Είναι αδύνατον να κατασκευαστή φάλαγγα με απόλυτα ισομήκη τμήματα. 4.Σφάλμα γωνίας απόκλισης. Η φάλαγγα λυγίζει εάν ζυγίσουμε σχετικά μεγάλα βάρη.

  Για να λυθούν τα παραπάνω κατασκευάστηκε ο ζυγός με αντικατάσταση. Στο ζυγό αυτό έχει αντικατασταθεί ο ένας δίσκος με σταθερό βάρος ενώ στον άλλο τοποθετείται το δείγμα και τα σταθμά αντιστάθμισης. Στους ζυγούς αυτού του τύπου έχουν γίνει η παρακάτω βελτιώσεις:

1.Το αντισταθμιστικό βάρος έχει ενσωματωθεί μόνιμα στη φάλαγγα. 2.Για να ελαττωθεί η συνολική φόρτιση, το κεντρικό σημείο στήριξης μετατοπίστηκε προς τα σταθμά. 3.Τοποθετήθηκε μηχανισμός που βγάζει εκτός λειτουργίας την φάλαγγα. 4.Τα σταθμά προσθαφαιρούνται με την βοήθεια κουμπιών. 5.Η ένδειξη του βάρους εμφανίζετε με ψηφιακό τρόπο. 6.Τα σταθμά αντικαταστάθηκαν από άλλα, πιο ανθεκτικά στη διάβρωση. 7.Ενσωματώθηκε σύστημα προζύγισης για πιο γρήγορη ζύγιση. 8.Ενσωματώθηκε σύστημα λήψης απόβαρου.

Ο ηλεκτρονικός ζυγός αποτελείται από έναν μεταλλάκτη και συνήθως από έναν μικροεπεξεργαστή. Ο μικροεπεξεργαστής επιτρέπει την μετατροπή του βάρους σε διάφορες μονάδες, υπολογίζει την ταχύτητα της επιτάχυνσης μέσω ενός πρότυπου βάρους, επιτρέπει την άμεση μεταφορά τον αποτελεσμάτων σε έναν υπολογιστή κτλ. Οι μεταλλάκτες των ηλεκτρονικών ζυγών είναι συνήθως ο μεταλλάκτης μηχανικής τάσης ή ο ηλεκτροδυναμικός μεταλλάκτης. Ο μεταλλάκτης μηχανικής τάσης αποτελείται από μια αντίσταση σύρματος στερεωμένη σε ένα λεπτό πλαστικό φιλμ. Λειτουργεί στερεωμένος σε μια κυψέλη φορτίου από αλουμίνιο ή ατσάλι που παραμορφώνεται από το βάρος. Στα τέσσερα σημεία της κυψέλης υπάρχουν μεταλλάκτες που συνδέονται σε γέφυρα Wheatstone, μετρώντας την μεταβολή της γέφυρας, μετράμε το βάρος. Ο ηλεκτροδυναμικός μεταλλάκτης φορτίου αποτελείται από έναν μεταλλικό κύλινδρο που έχει τυλιγμένο ένα πηνίο, προσαρμοσμένο στο εσωτερικό ενός μαγνήτη, στο οποίο στηρίζετε ο δίσκος ζύγισης. Το πηνίο ανυψώνει τον δίσκο ανάλογα με το ρεύμα που του στέλνει το τμήμα ελέγχου, που αποτελείται από μια φοτοδίοδο, έναν ενισχυτή, και ένα συγκριτή. Από την μέτρηση του ρεύματος που διαρρέει το πηνίο ο μικροεπεξεργαστής υπολογίζει το βάρος. Μερικοί ηλεκτρονικοί ζυγοί έχουν την δυνατότητα να μετατραπούν σε ημιμικροαναλυτικοί με το πάτημα ενός κουμπιού.

Προφυλάξεις κατά την χρήση των ζυγών. 1.Ο ζυγός πρέπει να είναι πάνω σε μια αρκετά σταθερή επιφάνια, που δεν θα χρησιμοποιείται για τίποτα άλλο π.χ. γράψιμο. 2.Το δωμάτιο που βρίσκεται ο ζυγός θα πρέπει να έχει σταθερή θερμοκρασία και υγρασία και να μην έχει ρεύματα αέρος. 3.Το επίπεδο του ζυγού πρέπει να είναι πάντα οριζόντιο. 4.Το κάλυμμα του ζυγού, εάν έχει, πρέπει να είναι κλειστό. 5.Τα προς ζύγιση αντικείμενα πρέπει να τοποθετούνται με λαβίδες στο δίσκο ζύγισης. 6.Τα προς ζύγιση αντικείμενα πρέπει να μην διαβρώνουν το ζυγό. 7.Δεν πρέπει να υπερφορτώνεται ο ζυγός. 8.Μετά την ζύγιση πρέπει να αφαιρούνται όλα τα βάρη και να καλύπτετε ο ζυγός. 9.Ο ζυγός πρέπει να διατηρείται καθαρός,

Τα σφάλματα κατά την ζύγιση είναι η άνωση του αέρα, που οφείλετε στην διαφορά του όγκου των προς ζύγιση αντικειμένων, με τα πρότυπα βάρη και ο στατικός ηλεκτρισμός που αναπτύσσεται συνήθως στα γυάλινα ή πλαστικά αντικείμενα.

Οι μέθοδοι ελέγχου των εργαστηριακών ζυγών είναι: 1.Επίδραση του χρόνου προθέρμανσης. Με τον έλεγχο αυτό υπολογίζουμε τον μέγιστο χρόνο που χρειάζεται ο ηλεκτρονικός ζυγός για να μας δίνει σταθερές μετρήσεις

             kt=               

όπου: lw = η ένδειξη του ζυγού σε g,με τα πρότυπα σταθμά σε χρόνο t.
          lo = η ένδειξη του ζυγού σε g, χωρίς τα πρότυπα σταθμά σε χρόνο t.
         m = η γνωστή μάζα των πρότυπων σταθμών.
        Από την γραφική παράσταση του k συναρτήσει του χρόνου υπολογίζουμε τον χρόνο 
       προθέρμανσης.

2.Έκκεντρη τοποθέτηση του βάρους. Ελέγχετε η μέγιστη επί τις εκατό διαφορά βάρους όταν τοποθετούμε το προς ζύγιση σώμα σε ακραίες θέσεις του δίσκου ζύγισης.

%ΔW=                                                                         

όπου %ΔW = η % διαφορά βάρους.

             Wo = η ένδειξη του ζυγού σε g, όταν το βάρος τοποθετείτε στο κέντρο.
              Wv = η ένδειξη του ζυγού σε g, όταν το βάρος τοποθετείτε σε μία ακραία έκκεντρη θέση.

3.Επαναληψιμότητα μετρήσεων. Υπολογίζετε η σταθερά απόκλιση s, για μια σειρά μετρήσεων με το ίδιο βάρος.

Όπου: = οι πειραματικές τιμές του βάρους σε g

           = η μέση τιμή των πειραματικών τιμών βάρους σε g
            N = το πλήθος των πειραματικών τιμών βάρους
            = η διασπορά των πειραματικών τιμών βάρους σε .

4.Ακρίβεια και γραμμικότητα. Υπολογισμός τις ακρίβειας και γραμικότητας του ζυγού με χρήση πρότυπων σταθμών.

5.Χρόνος σταθεροποίησης. Μέτρηση του χρόνο που χρειάζεται ο ζυγός για να δείξει σταθερή ένδειξη κατά την ζύγιση ενός βάρους.