Bài giảng môn học: Kỹ thuật Phòng thí nghiệm

Chia sẻ: Toàn Nguyễn | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

150
lượt xem 26
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Môn học Kỹ thuật Phòng thí nghiệm là môn học cơ sở của chuyên nghành phân tích. Nó cung cấp các kiến thức cơ bản về các dụng cụ,thiết bị trong phòng thí nghiệm và cách sử dụng bảo quản chúng. Ngoài ra, nó còn trang bị cho người học kiến thức về cách sắp xếp trong phòng thí nghiệm và công tác an toàn khi tiến hành thí nghiệm. Mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng môn học: Kỹ thuật Phòng thí nghiệm

Bài mở đầu: Giới thiệu môn học 1-Đối tƣợng và nhiệm vụ của môn học Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường gặp rất nhiều những dụng cụ đo lường như: -Trong nông nghiệp thường dùng các dụng cụ đo khối lượng, đo diện tích... -Trong sản xuất công nghiệp thường dùng các dụng đo áp suất, lưu lượng, thể tích, nhiệt độ, độ ẩm, đo tính chất hoá lí của các kim loại, các hoá chất.v.v... Người ta thường dùng nhiều dụng cụ đo lường phục vụ cho công tác thăm dò và khai thác tài nguyên, khoáng sản; trong công tác quân sự, thể thao.v.v... Trong nghiên cứu khoa học không thể thiếu các dụng cụ đo lường. Sự phát triển của khoa học kĩ thuật đều dựa trên sự phát triển của những dụng cụ đo lường có độ chính xác cao. Môn học kỹ thuật phòng thí nghiệm chuyên nghiên cứu nguyên lý và cách tiến hành đo của các dụng cụ thông dụng trong phòng thí nghiệm. Học phần sẽ cung cấp cho người học các kiến thức về các dụng cụ đo khối lượng, đo nhiệt độ, đo áp suất,đo thể tích và cách sử dụng, bảo quản các trang thiết bị thông dụng trong phòng thí nghiệm. Ngoài ra, học phần còn cung cấp các kiến thức về cách bố trí, sắp xếp trong phòng thí nghiệm và công tác an toàn trong quá trình tiến hành thí nghiệm. Như chúng ta đã biết, đo lường học cần thiết trong mọi mặt của đời sống xã hội, nhất là trong lĩnh vực nghiªn cøu khoa học kĩ thuật. Trong các ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp hoá chất nói riêng. Trong công tác phân tích kiểm tra phục vụ cho quá trình điều hành sản xuất để thu được sản phẩm có chất lượng tèt, hiệu suất sử dụng máy móc, thiết bị cao nhất, đòi hỏi người kĩ thuật viên phân tích phải có kiến thức vững vàng, có tay nghề cao và phải biết sử dụng thành thạo các dụng cụ đo lường trong phòng thí nghiệm, biết cách tổ chức, trang bị một phòng thí nghiệm phân tích. Không những thế, người kĩ thuật viên phải biết cách phòng tránh và xử lí những sự cố xảy ra trong quá trình phân tích. 2- Vị trí của môn học Môn học kỹ thuật phòng thí nghiệm là môn học cơ sở của chuyên nghành phân tích. Nó cung cấp các kiến thức cơ bản về các dụng cụ,thiết bị trong phòng thí nghiệm và cách sử dụng bảo quản chúng. Ngoài ra, nó còn trang bị cho người học kiến thức về cách sắp xếp trong phòng thí nghiệm và công tác an toàn khi tiến hành thí nghiệm. 1
CHƢƠNG 1- CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐO LƢỜNG 1.1-Phƣơng tiện đo và sai số của phƣơng tiện đo Lịch sử phát triển của ngành đo lường gắn liền với lịch sử phát triển của xã hội loài người. Hiện nay đo lường đã phát triển thành một ngành khoa học hiện đại. Đo lường là một ngành khoa học nghiên cứu các phép đo, bao gồm phương tiện đo và phương pháp đo. Chủ yếu giải quyết ba vấn đề cơ bản: - Lý thuyết đo: Nghiên cứu về lý thuyết chung của ngành đo lường học. - Kỹ thuật đo: Nghiên cứu các phương pháp đo, tính chất và ứng dụng của các phương pháp đo. - Đo lường pháp quyền: Nghiên cứu để đảm bảo sự thống nhất giữa phương pháp đo và phương tiện đo. 1.1.1- Phƣơng tiện đo Phương tiện đo là những phương tiện kỹ thuật dùng để thực hiện các phép đo xác định các thông số cơ bản của vật. Trong đó người ta phân ra các loại phương tiện đo sau: a- Vật đo: Là phương tiện đo thể hiện một hay nhiều giá trị của đại lượng cần đo. Người ta phân biệt vật đo làm ba loại: - Vật đo đơn trị: Là vật đo thể hiện một giá trị của đại lượng cần đo. Ví dụ: Những quả cân 1 g, 1 kg... - Vật đo đa trị: Là vật đo thể hiện một dãy giá trị của đại lượng cần đo. Ví dụ: Thước đo độ dài. - Bộ vật đo: Là một số vật đo được chọn lọc đặc biệt và được sử dụng kết hợp với nhau để được một dãy giá trị của đại lượng cần đo. Ví dụ: Một bộ quả cân trong một hộp. b- Dụng cụ đo: Là phương tiện đo dùng để biến đổi tính chất của thông tin đo, hay để biến đổi giá trị của đại lượng cần đo thành những dạng mà người quan sát có thể nhận biết một cách trực tiếp được. Ví dụ: Ampe kế để đo dòng điện, đồng hồ để đo nhiệt độ... c- Phương tiện đo phụ: Là phương tiện hỗ trợ để đo các thông số có ảnh hưởng đến đại lượng mà phương tiện đo chính cần xác định. Ví dụ: Nhiệt kế để đo nhiệt độ của môi trường khi dùng áp kế lò so để đo áp suất. 2
d- Thiết bị đo phụ: Là thiết bị sử dụng khi đo nhưng không phải là phương tiện đo. Ví dụ: Kính lúp để đọc chỉ số nhiệt độ trên nhiệt kế Becman. 1.1.2- Sai số của phƣơng tiện đo a- Giá trị danh nghĩa của vật đo: Là giá trị của đại lượng được ghi hoặc khắc trên vật đo. Ví dụ: Giá trị 1 g, 2 g... ghi khắc trên quả cân. Vạch 10 milimet, 100 milimet... ghi khắc trên thước đo độ dài. Giá trị 50 ml, 250 ml... ghi khắc trên bình định mức. b- Giá trị thực tế của vật đo: Là giá trị thực tế của đại lượng cần đo mà vật đo hay dụng cụ đo thể hiện. Giá trị này tìm được bằng một phép đo mà trong phép đo đó chúng ta đã loại trừ sai số hệ thống và những tham số bé nhất của sai số ngẫu nhiên. c- Sai số tuyệt đối của phương tiện đo: Là hiệu giữa giá trị danh nghĩa của vật đo hoặc số chỉ của dụng cụ đo và giá trị thực tế của đại lượng mà nó thể hiện hoặc đo được. Sai số tuyệt đối của vật đo:  x = xdn - xthực tế Sai số tuyệt đối của dụng cụ đo:  x = xsc - xthực tế Trong đó: xdn: Giá trị danh nghĩa của vật đo xsc: Giá trị số chỉ của dụng cụ đo xthực tế: Giá trị thực tế của đại lượng cần đo Sai số này tuỳ thuộc vào cấu tạo, quá trình chế tạo và điều kiện sử dụng của phương tiện đo đó. Do ảnh hưởng của nhiều nguyên nhân biết được hoặc không biết được nên giá trị danh nghĩa của vật đo hay số chỉ của dụng cụ đo thường lệch khỏi giá trị thực của đại lượng mà nó thể hiện hoặc đo được. Độ lệch này gọi là sai số của phương tiện đo (sai số tuyệt đối). Sai số này sẽ được cho thành một bảng hoặc cho dưới dạng một đồ thị và dùng để hiệu chỉnh số chỉ của dụng cụ đo. Số hiệu chỉnh này có giá trị bằng giá trị của sai số nhưng với dấu ngược lại. Ví dụ: Ở điểm 50 Vôn của một vôn kế sai số là - 0,7V thì giá trị thực tế của đại lượng khi đo là 50 + 0,7 = 50,7 V. d- Sai số tương đối của phương tiện đo: Là tỷ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị thực tế của đại lượng cần đo mà nó thể hiện hoặc đo được. 3
Người ta biểu diễn hiện sai số tương đối theo % và thường dùng nó để đặc trưng cho độ chính xác của vật đo hoặc dụng cụ đo. x Sai số tương đối =  = X danhnghia x Biểu thị ra %: Sai số tương đối =  .100 = .100 X danhnghia Thường  nhỏ hơn 1 rất nhiều ( 
b- Phép đo gián tiếp: Là phép đo tìm được giá trị của đại lượng cần đo nhờ mối liên hệ đã biết giữa đại lượng này và các đại lượng khác có giá trị xác định đo được bằng phép đo trực tiếp. Ví dụ: Khối lượng riêng của vật rắn thường được xác định bằng cách đo thể tích và khối lượng. 1.2.2-Sai số của phép đo: Khi tiến hành một phép đo dù cẩn thận, chu đáo đến đâu vẫn mắc phải sai số với mức độ này hay mức độ khác nên phép đo phản ánh chưa thật đúng với kết quả đo. Nguyên nhân là do không có một phương tiện đo nào, một phép đo nào hoàn hảo nên giữa kết quả đo và giá trị thực của đại lượng cần đo luôn luôn có một sai lệch nào đó, những sai lệch đó gọi là sai số. Có nhiều nguyên nhân gây sai số của phép đo. a- Sai số: Là sự sai lệch giữa giá trị thực nghiệm với giá trị đúng của đại lượng cần đo. Do nhiều nguyên nhân khác nhau các giá trị thực nghiệm thu được phần lớn mắc sai số. Người ta có nhiều cách phân loại sai số. - Theo cách biểu diễn, người ta chia ra sai số tuyệt đối và sai số tương đối : * Sai số tuyệt đối (  ).  x = xdn - xthực tế Là sự sai khác giữa giá trị đo được với giá trị thật hay giá trị đáng tin cậy nhất của đại lượng cần đo. Trong đó:  là sai số tuyệt đối. xthực tế là giá trị thực của đại lượng cần đo. Xđ là giá trị đo được. Giá trị  càng nhỏ thì độ lệch giữa giá trị trung bình và giá trị thực càng nhỏ. Sai số tuyệt đối cho ta thấy mức độ gần nhau của giá trị xác định được và giá trị thực, nó mang thứ nguyên của đại lượng cần đo. * Sai số tương đối (  ): Là tỉ số giữa sai số tuyệt đối (  ) và giá trị thực (Xthựctế) Thông thường sai số tương đối được biểu thị theo phần trăm: X do X thuc  100. X thuc - Theo bản chất và nguyên nhân gây nên sai số, người ta dùng khái niệm sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên. 5
* Sai số hệ thống. Là những sai số do những nguyên nhân cố định gây ra làm cho kết quả thực nghiệm cao hơn giá trị thực (sai số hệ thống âm) hoặc thấp hơn giá trị thực (sai số hệ thống dương). + Sai số hệ thống do những nguyên nhân cố định gây ra như: Do phương tiện đo không hoàn hảo, do chế tạo không chính xác, do thiết bị hao mòn hư hỏng sau một thời gian sử dụng. Vì vậy phải kiểm định các phương tiện đo đúng thời hạn để kịp thời hiệu chỉnh và sửa chữa. Do đặt phương tiện đo không đúng qui định như độ thăng bằng, điều kiện nhiệt độ, ánh sáng độ ẩm v.v… Do ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài như: từ trường, điện trường, điều kiện khí hậu v.v… - Do chọn phương pháp đo không hoàn hảo. - Do thao tác của người tiến hành thí nghiệm Người ta có thể tìm được nguyên nhân gây ra sai số hệ thống từ đó loại trừ được sai số hệ thống bằng những biện pháp thích hợp. * Sai số ngẫu nhiên: Là sai số của một phép đo thay đổi một cách ngẫu nhiên, bằng cùng một phương tiện đo, cùng một người đo, trong những điều kiện như nhau, đo được những kết quả khác nhau. Sai số ngẫu nhiên gây nên bởi những nguyên nhân không cố định, không biết trước thay đổi không theo qui luật, khi dương khi âm sai số này xuất hiện trong mọi lần thí nghiệm dù cẩn thận hay không. Đối với sai số ngẫu nhiên, người ta không thể biết trước để loại trừ nguyên nhân gây ra nó, mà chỉ cố gắng để giảm sai số tới mức tối thiểu bằng cách làm thí nghiệm thật cẩn thận và tăng số lần thí nghiệm, sau đó xử lý các số liệu thực nghiệm thu được bằng phương pháp thống kê toán học. 6
Chƣơng 2: DỤNG CỤ ĐO KHỐI LƢỢNG 2.1- Khái niệm về khối lƣợng, trọng lƣợng 2.1.1-Khái niệm về khối lƣợng Khối lượng của vât là đại lượng đặc trưng cho mức đo quán tính của vật. Nó không phụ thuộc vào vị trí xác định của vật ấy trên trái đất. Khối lượng ký hiệu là: m Đơn vị đo của khối lượng là kilogam ký hiệu kg. ước số của đơn vị thường dùng là gam (g) hoặc miligam( mg ). 2.1.2-Khái niệm về trọng lƣợng Trọng lượng của vật là đại lượng đặc trưng cho sức hút của trái đất vào vật đó. Nó phụ thuộc vào vị trí của vật ấy trên trái đất. Trọng lượng ký hiệu là: P. Đơn vị đo là Niutơn, ký hiệu N. Quan hệ giữa khối lượng và trọng lượng được biểu diễn theo phương trình P Niutơn như sau: m= g Trong đó: g: Gia tốc trọng trường, phụ thuộc vào vị trí của vật trên trái đất. g = 9,8 m/s2 hoặc 10 m/s2 Trong hệ mét đơn vị đo khối lượng được định nghĩa là: “Khối lượng của một đeximet khối nước tinh khiết ở nhiệt độ xấp xỉ 40C gọi là một kilogram” Từ định nghĩa này người ta đã chế tạo ra chuẩn kilogram quốc tế là một hình trụ tròn bằng platin - Inidi, chiều cao và đường kính đều bằng nhau và bằng 39 milimet, được bảo quản ở viện đo lường quốc tế tại Pháp. Cuối thế kỷ thứ 19 người ta đã đo đạc rất kỹ khối lượng của 1 dm3 nước tinh khiết ở 40C và thấy không dùng định nghĩa cũ nữa mà lấy luôn quả cân chuẩn quốc tế đã được chế tạo trên để định nghĩa kilogram như sau: “Kilogram là một khối lượng của chuẩn gốc quốc tế của 1 kg đặt tại viện cân đo quốc tế”. Đây là định nghĩa kilogram của hệ SI và cũng là của bảng đơn vị hợp pháp của nước ta. 2.2- Dụng cụ đo khối lƣợng. Dụng cụ đo khối lượng là cân. Dựa vào cấu tạo và độ nhạy người ta chia cân ra làm hai loại là cân phân tích và cân kỹ thuật: 2.2.1- Cân kỹ thuật Cân này có độ chính xác đến  0,1 g (hoặc  0,01 g). Cân kỹ thuật có hai loại: 7
- Cân đĩa đòn đơn: Cấu tạo giống như cân phân tích thường nhưng độ chính xác kém. - Cân đĩa đòn kép: Cấu tạo có một đòn cân chính và một đòn cân phụ. Đòn cân chính có một dao tựa, hai dao tải, trong bệ cân có đòn cân phụ gọi là đòn cân đối lập. Dưới hai đĩa cân là hai trụ cân. Bộ phận thăng bằng gồm một kim cân gắn vào chính giữa đòn cân chính. Bảng phân độ gắn vào bệ cân. Đặc điểm của cân kỹ thuật là cấu tạo đơn giản, độ chính xác thấp, thường dùng để cân những lượng lớn hoá chất để pha chế dung dịch có nồng độ không cần chính xác. - Cân điện tử một đĩa: Hình 2.1- Cân kỹ thuật điện tử 2.2.2- Cân phân tích a- Cân đòn bẩy hai cánh tay đòn đều nhau. * Cân phân tích thường không có hộp giảm rung: - Cân này có độ chính xác đến  0,0002 g. Bộ phận chính là đòn cân (gồm hai cánh tay đòn) trên đòn cân gắn liền hai dao tải và một dao tựa. Dao tựa đặt ở chính giữa đòn cân, chia đòn cân làm hai phần bằng nhau và để tựa đòn cân lên mặt phẳng rất nhẵn của trụ cân. Hai lưỡi dao tải bên để đỡ móc treo quang cân. Trên đòn cân có gắn kim cân ở chính giữa kim cân dao động trên một bảng chia độ gắn ở đế của trụ cân, trên kim cân có ốc điều chỉnh độ nhạy. Trên đòn cân có hai thang con ngựa về hai phía của đòn cân, ứng với mỗi vạch là 1 mg. Trên đòn cân còn có hai núm vặn để điều chỉnh cho hai cánh tay đòn đều nhau (điều chỉnh điểm “0” của cân). 8
Tất cả các bộ phận của cân được đặt trên một bệ cân và trong một hộp kính để tránh bụi và gió lùa, người ta còn đặt vào trong cân một túi silicagen để chống ẩm. Đặc điểm của cân phân tích thường là cấu tạo đơn giản, nhưng khi cân hoạt động kim cân dao động lâu dừng lại, nên tiến hành phép cân lâu. * Cân phân tích có hộp giảm rung (hộp cản) Cân này có độ chính xác đến  0,0002 g. Ưu điểm hơn so với cân phân tích thường là ở hai quang cân có gắn thêm bộ giảm rung. Bộ phận giảm rung là hai hộp nhôm lồng úp vào nhau có móc với quang cân. Khi cân hoạt động nhanh dừng lại nên thực hiện phép cân nhanh hơn. * Cân phân tích dùng điện (gọi tắt là cân điện hay cân cơ quang điện) Cân này có độ chính xác đến  0,0002 g. Ưu điểm của cân này là thực hiện phép cân nhanh nhờ bộ quả cân móc sẵn. + Về cấu tạo: Kim cân có mang thước số khắc vạch từ (-10  0  10) mg, mỗi vạch ứng với 0,1 mg. - Bộ phận quang: Bao gồm ống dẫn quang, hệ thống gương phản chiếu chiếu và thấu kính. - Bộ quả cân mắc sẵn: Treo các quả cân vòng nhỏ hơn 1 g, khi cân chỉ cần xoay núm vặn quả cân được tự đặt vào quang cân, lúc đó đọc giá trị khối lượng trên núm vặn, các quả cân nhỏ hơn 10 mg không có mà ta sẽ đọc kết quả trên màn ảnh. b- Cân đòn bẩy một cánh tay đòn *Cân phân tích một đĩa: Về cấu tạo gồm một cánh tay đòn, một dao tải và một dao tựa. Cân một cánh tay đòn với tải tác dụng vào đòn cân không đổi, bên phía không có dao tải của đòn cân có quả đối trọng để cân bằng tải ban đầu tác dụng vào đòn cân. Bên đĩa cân có treo các quả cân mắc sẵn liên quan đến núm vặn bằng cần móc. Khi cân cho vật cân lên đĩa cân, sau đó dùng núm vặn bớt các quả cân cho đến khi cân bằng như lúc ban đầu. Khối lượng vật cân được tính bằng những quả cân đã lấy ra, đọc được trên núm vặn. Ưu điểm của cân này là thực hiện phép cân nhanh, chính xác, tránh được sai số do hai cánh tay đòn không đều nhau gây ra. c- Cân lò so: Bao gồm: 9
* Cân lò so uốn cuộn phẳng: Thường xoắn theo kiểu Acsimet có khoảng cách giữa các vòng đều nhau, nên ở tất cả các tiết diện bị cùng một momen uốn tác dụng ở đây lò so được kẹp chặt cả đầu trong và đầu ngoài. * Cân lò so chịu xoắn: Thanh xoắn thẳng bị tác dụng bởi các đối lực nằm trên mặt phẳng vuông góc với trục dài của thanh xoắn. Có hai kiểu lò so xoắn là lò so xoắn với tiết diện tròn và lò so xoắn tiết diện chữ nhật. Đặc điểm của loại cân này là độ chính xác kém thường sử dụng như cân kỹ thuật, dễ sử dụng và thực hiện phép cân nhanh. d- Cấu tạo các chi tiết trong bộ phận chủ yếu của cân Cân phân tích hai cánh tay đòn đều nhau (cân hai đĩa) và cân phân tích một cánh tay đòn (cân một đĩa) thường cấu tạo có nhiều bộ phận căn bản giống nhau. Cấu tạo các chi tiết trong bộ phận căn bản của cân có ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác, độ nhạy, độ trung thành của cân. * Dao gối và má chắn Dao gối và má chắn chiếm một vị trí rất quan trọng trong cân, chất lượng các chi tiết này ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác, độ nhạy, độ trung thành của cân. Dao gối và má chắn của cân phân tích được làm bằng các loại đá quý có độ cứng cao, có sức chịu lực lớn như đá mã não, thép không rỉ... Về hình dạng không được sứt, mẻ, rạn nứt, dao phải sắc, lưỡi dao phải có bán kính nhỏ, dao gối đều phải phẳng, nhẵn bóng, nhất là các cân chính xác đòi hỏi độ bóng rất cao. * Đòn cân Đòn cân là một bộ phận chính của cân, đòn cân cấu tạo từ nhiều chi tiết và bộ phận lẻ ghép lại. Các phần chính của đòn cân bao gồm: - Thân đòn, dao tải, kim chỉ, ốc điều chỉnh độ nhạy, bộ phận điều chỉnh thăng bằng, thang con ngựa ở cân có bộ phận ngựa và quả đối trọng ở cân một đĩa... Thân đòn cân làm bằng kim loại, thường dùng hợp kim nhôm, hợp kim đồng và thép không rỉ, hợp kim nhôm có ưu điểm là nhẹ nhưng độ bền kém hơn so với hợp kim đồng và thép không rỉ. Đòn cân bằng hợp kim nhôm, hợp kim đồng được sử dụng ở các loại cân có tải tối đa nhỏ. Đòn cân bằng thép không rỉ thường sử dụng ở cân có tải tối đa lớn như cân kỹ thuật. Đòn cân đảm bảo chắc chắn chịu lực tải tốt, thân đòn có lắp các lưỡi dao và kim cân nên phải đảm bảo lắp ráp được chắc chắn. * Dao tựa 10
Dao tựa được lắp trực tiếp vào đòn cân, phải đảm bảo lắp chắc chắn, không bị xê dịch, thay đổi trong suốt thời gian sử dụng. * Dao tải Cân hai cánh tay đòn đều nhau có hai dao tải lắp song song với dao tựa, khoảng cách giữa dao tựa và hai dao tải phải bằng nhau và ba lưỡi dao phải nằm trên một mặt phẳng. Để đảm bảo được yêu cầu trên phải có bộ phận điều chỉnh dao tải, sau khi điều chỉnh lưỡi dao không bị xê dịch. * Kim chỉ Bộ phận kim chỉ rất cần thiết để xác định vị trí cân bằng của cân. Kim chỉ gắn chặt vào điểm giữa của đòn cân. Khối lượng của kim chỉ coi như một phần của đòn cân. Sau khi lắp ráp vị trí các chi tiết của bộ phận này không được xê dịch làm ảnh hưởng đến trọng tâm chung của đòn cân. * Ốc điều chỉnh độ nhạy Độ nhạy của cân đòn bẩy phụ thuộc vào vị trí trọng tâm của toàn bộ cân so với điểm dao tựa. Bộ phận điều chỉnh độ nhạy của cân cấu tạo thành một khối ốc bền hoặc ghép từ một số chi tiết cho phép di chuyển xa hoặc gần điểm dao tựa. Ốc điều chỉnh độ nhạy là một bộ phận của đòn cân và được gắn trên kim cân. Sau khi điều chỉnh phải hãm chặt và không được xê dịch trong suốt thời gian sử dụng. * Ốc điều chỉnh thăng bằng Những dung sai trong chế tạo, lắp ráp không đáp ứng yêu cầu về cân bằng của cân. Vì vậy, điều chỉnh thăng bằng của cân khi chưa chịu tải (thăng bằng cân không tải) là rất cần thiết. Ốc điều chỉnh thăng bằng được cấu tạo và bố trí đối xứng trên đòn cân, ốc này cho phép dùng tay vặn để di chuyển chúng dọc theo đưòng thẳng nằm ngang song song với đường thẳng đi qua các dao của đòn cân. Sau khi điều chỉnh thăng bằng trước khi cân, trong thời gian cân làm việc không được thay đổi ốc làm ảnh hưởng đến sự thăng bằng của cân. * Thang con ngựa Thang con ngựa trên cân phân tích thường được khắc trực tiếp vào hai phía của đòn cân, mỗi vạch ứng với 1 mg. Thang con ngựa trên cân phân tích có hộp giảm rung được lắp vào đòn cân, coi như một bộ phận của đòn cân, nằm song song với đường thẳng đi qua ba lưỡi dao của đòn cân, thang con ngựa có khắc vạch (mỗi vạch ứng với 0,2mg) để xác định vị trí của con ngựa, tạo điều kiện tiến hành phép cân thuận lợi. * Quang đĩa 11
Quang đĩa cấu tạo gồm hai phần chính gồm vai quang và quang đĩa. Quang và đĩa lắp chắc vào nhau, phải cân đối, không va chạm vào các bộ phận khác khi cân làm việc.Vai quang có phần giữ gối tải và có cấu tạo cho phép quang đĩa dao động được về hai chiều (dọc theo lưỡi dao và vuông góc với dao tải) đảm bảo cân đối, bền và không bị vướng, va chạm. * Bộ phận hãm mở Gồm một núm vặn, một can lệch tâm. Khi sử dụng núm vặn can này quay, trục đứng nằm dưới gối tựa di chuyển và đẩy bộ phận để gối di chuyển theo, gối tựa được đưa lên hạ xuống đòn cân làm cho cân hoạt động hoặc hãm lại khi tiến hành phép cân. Bộ phận hãm cân phải sử dụng được dễ dàng, không vướng mắc, gây chấn động, làm rung cân. * Trụ và bệ cân Trụ cân lắp chắc vào bệ cân bằng những ốc vít. Bệ cân là một mặt phẳng nằm ngang, chắc chắn. Bệ cân có gắn ống nước để chỉ mặt bằng của cân, dưới bệ cân có ba chân, hai chân trước có núm vặn để điều chỉnh độ cao thấp của chân cân đảm bảo chỉnh bệ cân thật thăng bằng. * Vỏ cân Vỏ cân có hình dáng một cái tủ kính để bảo vệ các chi tiết của cân không bị bụi, không bị gió lùa vào cân. Khi thực hiện phép cân có thể đóng, mở cửa tủ ở hai bên được dễ dàng. Ngoài các chi tiết chung của một cân phân tích thường, cấu tạo từng loại cân cụ thể còn có các chi tiết khác nhau như: Bộ phận giảm rung, bộ quả cân mắc sẵn, bộ phận quang điện, bộ phận quả đối trọng. * Bộ phận giảm rung (hộp cản) Cân có độ chính xác cao, dao động rất tốt, rất lâu dừng. Để tiến hành phép cân nhanh, ở cân phân tích có bố trí thêm một bộ phận giảm dao động, bộ phận này cấu tạo theo nguyên tắc không động khí, cấu tạo của không động khí thường là hai lồng nhôm úp vào nhau giữa có khoảng không khí, ở nhiều cân không động gắn liền với quang tải. Ở cân lò so hoặc cân nghiêng không động có thể gắn liền với đòn cân và coi như một bộ phận của đòn cân. * Bộ phận quả cân mắc sẵn Để tiến hành phép cân nhanh, nhiều cân phân tích có trang bị một hệ thống quả cân mắc sẵn tác dụng một bên dao tải ở phần kéo dài của vai quang, lực tác dụng của quả cân mắc sẵn vào quang cân phải bố trí đều. Núm điều chỉnh quả cân mắc sẵn luôn gắn liền với bộ phận đọc kết quả. * Bộ phận chỉ kết quả phép cân 12
Ở cân phân tích, bộ phận chỉ kết quả phép cân có cấu tạo tuỳ theo từng loại cân, nó gồm một hoặc nhiều phần: Cân phân tích thông thường: Kết quả phép cân là tổng khối lượng các quả cân được sử dụng đặt trên đĩa cân cộng (hoặc trừ) chỉ số của con ngựa. Cân có quả cân mắc sẵn thì kết quả của phép cân là tổng khối lượng các quả cân mắc sẵn đã sử dụng. Bộ phận kim chỉ ở cân phân tích cấu tạo luôn luôn gồm hai phần di chuyển và phần cố định: - Phần di chuyển gắn liền với đòn cân và là một phần của đòn, phần cố định cấu tạo gắn liền với các phần cố định khác của cân. Mỗi bộ phận chỉ đều gồm một thang phân độ và một mốc để xác định kết quả. Nếu thang phân độ có cấu tạo cố định ở phần bệ cân thì mũi kim chỉ sẽ di chuyển. Nếu thang phân độ di chuyển là phần gắn liền với đòn cân thì mũi chỉ có cấu tạo cố định. Ví dụ: Ở cân điện còn trang bị bộ phận phóng đại quang học nhằm xác định kết quả phép cân được tốt hơn. Phần được phóng đại là phần chiều dài cong ghi thang phân độ, thang phân độ được gắn vào đòn cân, di chuyển theo đòn cân, phần kim chỉ gắn vào bệ cân. Bộ phận phóng đại gồm một nguồn sáng điện, thường dùng là đèn 6V được cung cấp điện từ một biến thế nhỏ có nguồn điện chạy vào là 110V hoặc 220 V. Một hệ thống kính phóng đại, một hệ thống gương phản chiếu và một màn ảnh làm bằng kính mờ, màn ảnh có thể di động được nhờ gọng lái ở dưới bệ cân. Hình 2.2- Sơ đồ quang điện cân phân tích. 13
* Quả cân Mỗi cân có một bộ quả cân kèm theo để tiến hành phép cân. Bộ quả cân được xếp gọn vào một hộp gỗ, trong hộp có một cặp sắt mạ niken đầu bằng sừng dùng để gắp các quả cân. Quả cân có ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác của phép cân, cần được bảo quản tốt tránh bụi bẩn, tránh bị oxy hoá... làm sai lệch khối lượng. Những quả cân từ 1 gram trở lên đều có dạng hình trụ và có núm để dễ gắp. Những quả cân từ 0,5000 gram trở xuống có dạng hình tấm nhỏ, mép của nó được gập lên một góc 450 để dễ gắp. Tất cả các quả cân đều được làm bằng kim loại (hoặc hợp kim đồng) mạ niken để tránh bị oxy hoá. Các quả cân trong hộp được sắp xếp theo thứ tự nhất định tránh nhầm lẫn. Dãy quả cân lớn hơn 1 gram: 100 50 20 20 10 5 2 2 1 Dãy quả cân nhỏ hơn 1 gr: 500 200 200 100 50 20 20 10 5 (mg) Quả cân nhỏ hơn 5 mg thường khó bảo quản, khi cân những khối lượng nhỏ hoặc để điều chỉnh cho chính xác người ta thường dùng con ngựa được di chuyển trên thang vạch. Con ngựa thường làm bằng sợi dây nhôm nhỏ khối lượng 10 mg, được uốn thành dạng chữ V ở giữa có lỗ nhỏ để dễ móc. Trên mỗi phía của đòn cân hoặc thang con ngựa có các vạch chia làm 10 phần, giữa hai vạch đó lại chia nhỏ thành 5 vạch nên giá trị khối lượng tương ứng khi đặt con ngựa ở một vạch lớn bằng 1/10 khối lượng của nó tức là bằng 1 mg. Còn trên mỗi vạch nhỏ tương ứng bằng 1/5 khối lượng của nó tức là bằng 0,2 mg. Các quả cân kèm theo cân phân tích tuỳ theo yêu cầu và mục đích sử dụng mà có các cấp chính xác khác nhau. Thường dùng hai loại là quả cân kỹ thuật và quả cân chuẩn kiểm tra (quả cân phân tích). Khi sử dụng cũng như khi bảo quản ta phải chú ý giữ gìn thật cẩn thận, tránh sai lệch hư hỏng, phải thực hiện nghiêm túc những quy tắc sử dụng bảo quản cân. Khi có sai lệch nghiêm trọng phải báo người có kỹ thuật đến sửa chữa, hiệu chỉnh. e- Các phƣơng pháp cân chính xác Có nhiều phương pháp cân đảm bảo độ chính xác cao, tuỳ theo phương pháp xác định điểm “0” và mục đích yêu cầu của phép cân mà chúng ta có các phương pháp cân sau đây: * Phương pháp cân trực tiếp 14
- Phương pháp trực tiếp tăng khối lượng Theo phương pháp này người ta thường đặt vật cân vào đĩa bên trái (chén nung, chén cân...) sau đó cho dần quả cân vào đĩa bên phải đến khi cân thăng bằng. Hoặc đặt quả cân tương ứng với vật cần cân trên đĩa phải, thêm dần khối lượng vật cần cân đến khi cân thăng bằng (khi cân không đặt trực tiếp vật cân lên đĩa cân, mà phải có bao gói hoặc chén đựng vật cân). Khi đọc kết quả phải chú ý trừ khối lượng bao bì hoặc chén đựng vật cân. *Phương pháp trực tiếp giảm khối lượng Theo phương pháp này người ta phải cân bằng hai lần: -Lần 1: Cho vật cân vào đĩa bên trái, vật cân vào đĩa bên phải cho đến khi cân thăng bằng. -Lần 2: Rút lượng vật cân tương ứng đem dùng sau đó rút bớt quả cân ở đĩa phải cho đến khi cân thăng bằng. Hoặc rút lượng quả cân tương ứng với khối lượng vật cần cân ở đĩa phải, sau đó rút lượng vật cân ở đĩa trái đến khi cân thăng bằng. Phương pháp này có ưu điểm là cân nhanh song có nhược điểm là dễ sai số dohaicánhtay đòn không bằng nhau. Phương pháp này chỉ áp dụng khi xác định điểm “0” bằng phương pháp dao động ngắn. * Phương pháp gián tiếp (cân kép) Phương pháp gián tiếp có ưu điểm là loại trừ được ảnh hưởng của sai số do hai cánh tay đòn không đều nhau gây ra. Trong phương pháp này ta có thể cân theo các phương pháp sau: * Phương pháp thế (Bôrôdơ) Người ta đặt vật cân lên đĩa trái, ở đĩa cân bên phải đặt một trọng tải (T) làm sao cho cân thăng bằng. Sau đó lấy vật cân ra rồi đặt các quả cân vào đĩa trái sao cho cân thăng bằng với tải trọng T. Khối lượng các quả cân đặt vào đĩa chính bằng khối lượng vật rắn. * Phương pháp thế (Menđêlêép) Khi cân người ta đặt một tải trọng T lên đĩa phải (tải trọng T không vượt quá mức tải tối đa của cân ). Đĩa bên trái đặt một dãy quả cân sao cho cân thăng bằng với tải trọng T. Khi cân, đặt vật cân lên đĩa trái sau đó rút bớt các quả cân sao cho cân thăng bằng như ban đầu. Khối lượng vật cần cân chính bằng khối lượng các quả cân đã rút ra. Phương pháp này là cơ sở để chế tạo cân một đĩa. * Phương pháp hoán vị (Grauss) 15
Theo phương pháp này cũng phải cân bằng hai lần: -Lần 1: Đặt vật cân lên đĩa phải, quả cân lên đĩa trái cho đến khi cân thăng bằng. -Lần2: Đặt vật cân lên đĩa trái, quả cân lên đĩa phải cho đến khi cân thăng bằng. Kết quả khối lượng vật cân được tính bằng trung bình nhân của khối lượng các quả cân sử dụng lần 1 và lần 2. Ta chứng minh như sau: Gọi m: Khối lượng vật cân m1: Khối lượng quả cân lần 1 m2: Khối lượng quả cân lần 2 l1: Chiều dài cánh tay đòn bên trái l2: Chiều dài cánh tay đòn bên phải Cân bằng lực ta có: ml2 = m1l1 ml1 = m2l2 ml2 m1l1 m m1 Lập tỷ số:     m2  m1m2 Vậy m = m1m2 m2l2 ml1 m2 m Nhưng thực tế khối lượng quả cân lần 1 (m1) và khối lượng quả cân lần 2 (m2) chênh lệch nhau rất ít, để đơn giản người ta thường lấy khối lượng vật cân bằng trung bình cộng của khối lượng quả cân trong hai lần cân bằng: m1  m2 m= 2 Phương pháp này thường dùng để kiểm tra khối lượng các quả cân so với các quả cân chuẩn. * Tiến hành phép cân Khi tiến hành một phép cân ta cần tuân theo các thao tác cơ bản sau đây: + Kiểm tra cân - Kiểm tra sự thăng bằng của bệ cân, nếu bệ cân lệch cần điều chỉnh bằng cách xoay hai núm điều chỉnh ở hai chân cân phía trước đến khi bệ cân thăng bằng (quan sát thấy giọt nước nằm chính giữa ống nước). - Kiểm tra đòn cân, kim cân, con ngựa, vai cân, quang cân xem có bị sai lệch hoặc bụi bẩn gì không. Nếu thấy lệch khỏi các ốc định vị phải tìm cách khắc phục và lau chùi. - Xoay tay hãm cho cân hoạt động để xác định điểm “0”, nếu điểm “0” xa trung điểm của thước số phải điều chỉnh lại bằng di ốc ở đòn cân. + Tiến hành phép cân 16
- Mở cửa tủ cân nhẹ nhàng, đặt vật cân, các quả cân lên đĩa cân (tuỳ theo phương pháp cân đã giới thiệu ở trên ). - Đóng cửa tủ cân lại, vặn núm hãm cho cân làm việc, xem xét điểm thăng bằng, sau đó mở cửa tủ cân thêm hoặc bớt quả cân hay vật cân cho đến khi cân thăng bằng như ban đầu. - Khi dùng hết quả cân cần thiết mà chưa điều chỉnh được thăng bằng thì dùng cần móc đưa con ngựa vào vị trí thích hợp ở đòn cân hoặc thang con ngựa cho vị trí cân bằng như ban đầu. - Khi cân phải dùng đến con ngựa để điều chỉnh thăng bằng, ta ghi khối lượng vật cân bằng tổng khối lượng các quả cân đem dùng cộng với khối lượng con ngựa nếu con ngựa nằm cùng phía quả cân hoặc trừ khối lượng con ngựa nếu con ngựa nằm cùng phía vật cân. Giá trị khối ượng tương ứng của con ngựa trên mỗi vạch lớn là 1 mg và mỗi vạch nhỏ là 0,2 mg. Chú ý: Khi thêm, bớt quả cân hoặc vật cân đều phải hãm cân để tránh sai lệch. + Kết thúc phép cân Sau khi cân đã thăng bằng ta vặn núm hãm cân, mở cửa lấy vật cân ra ghi khối lượng vật cân tương ứng với các quả cân đem dùng. Lấy quả cân ra để vào đúng vị trí của nó trong hộp quả cân. Chú ý: - Khi sử dụng quả cân không được dùng tay mà phải dùng kẹp để gắp. - Sau khi xong phải làm vệ sinh lau chùi cân sạch sẽ và ghi sổ cân. h- Cách xác định điểm “0”, điểm cân bằng *Điểm “0”: Là điểm kim cân dừng lại hoặc dao động cân bằng quanh trung điểm của thước số khi cân hoạt động không có tải. *Điểm cân bằng: Là điểm kim cân dừng lại hoặc dao động cân bằng quanh trung điểm của thước số khi cân hoạt động có trọng tải (trùng với điểm “0”). i- Ghi đọc kết quả phép cân Tuỳ theo phương pháp cân, phương pháp xác định điểm “0”, điểm thăng bằng mà người ta đọc kết quả phép cân theo các phương pháp sau: * Phương pháp trực tiếp Phương pháp này người ta xác định điểm “0” và điểm cân bằng theo phương pháp dao động ngắn. Khi điểm cân bằng trùng điểm “0” thì khối lượng vật cân được tính đúng bằng khối lượng các quả cân đã đem dùng. mv = m q 17
mv: Khối lượng vật cần cân mq: Khối lượng các quả cân (kể cả con ngựa) Ưu điểm của phương pháp này là cân được đúng với khối lượng vật cần cân. Nhược điểm của phương pháp này là nếu cân ở cân không có hộp giảm rung thì cân dao động điều hoà lâu dừng nên tiến hành phép cân lâu. * Phương pháp vi sai: Cân theo phương pháp này có độ chính xác cao nhưng muốn tính kết quả ta phải xác định một số giá trị để tính toán như: Độ nhạy của cân, điểm “0”, điểm cân bằng. Ví dụ: Khi cân một vật A nào đó bằng một cân phân tích có độ nhạy E = 2 vạch/1mg và khối lượng tương ứng 1/E = 0,5 mg/vạch. Giá trị điểm “0” của cân là T0, giá trị điểm cân bằng của cân là Tcb. Như vậy: Khi cân đạt đến trạng thái cân bằng số vạch trên thước số mà kim cân lệch khỏi điểm “0” sẽ là (T0 - Tcb) vạch. Muốn điều chỉnh cho điểm thăng bằng trùng điểm “0” ta phải thêm một gia lượng là Xmg. X được tính bằng công thức: 1 X = (T0 - Tcb) . = (mg) E Kết quả phép cân được tính theo công thức: x mv = m q  100  (gr) Chú ý: Lấy dấu (+) nếu T0 < Tc Lấy dấu (-) nếu T0 > Tcb mv: Khối lượng vật cân tính ra g mq: Khối lượng quả cân tính ra g (vì x là mg nên đổi ra g phải chia cho 1000) Ví dụ 1: 1 T0 = 0,2 Tcb = -0,2 E = 2 vạch/mg  = 0,5 mg/vạch E Tổng khối lượng các quả cân: m q = 2,5470 g (T0 > Tcb) 0,5 Khối lượng vật cân sẽ là: mv = 2,5470 - [0,2 - (-0,2) . ] 1000 = 2,5468 gr Ví dụ 2: T0 = - 0,2 Tcb = 0,2 (T0 < Tcb) 18
1 E = 2 vạch/mg  E = 0,5mg/vạch Ta có: mq = 5,2150 gr 0,5 Vậy khối lượng của vật sẽ là: mv = 5,2150 + [( -0,2) - (+0,2) . ] 1000 = 5,2150 + 0,0002 = 5,2152 gr * Phương pháp nội suy Phương pháp này không cần đến giá trị độ nhạy, nhưng khi cân ta phải xác định được hai lần cân bằng. Cân bằng lần thứ nhất ứng với khối lượng hơi lớn hơn vật thực và ta có Tcb” Như vậy: Tcb’ > T0 > Tcb” Ví dụ: Khối lượng quả cân lần 1 là: mq’ = 132 mg Khối lượng quả cân lần 2 là: mq” = 131 mg Vậy khối lượng thực của vật nằm trong khoảng mq’ > mv > mq” Ta thấy khối lượng hai lần cân hơn kém nhau 1 mg và số vạch trên thước số mà kim chỉ thay đổi sẽ là (Tcb” - Tcb’) vạch. Khối lượng ứng với một vạch 1 kim thay đổi sẽ là = (mg) Tcb "Tcb ' Nếu gọi x là gia lượng cần thêm vào lần cân thứ nhất để điều chỉnh cho điểm 1 T T ' thăng bằng trùng điểm “0” thì x = (T0 - Tcb’) . = 0 cb = (mg) Tcb "Tcb ' Tcb "Tcb ' Kết quả phép cân lúc này được tính theo công thức: x mv = m q  1000 = (g) Chú ý: Lấy dấu (+) nếu T0 < Tcb’ Lấy dấu (-) nếu T0 > Tcb’ Ví dụ 1: Cân một vật A trên cân phân tích. -Cân bằng lần 1: Xác định được Tcb’ = -0,5 ứng với khối lượng các quả cân là mq = 0,1780 gr -Cân bằng lần 2: Xác định được Tcb’ = +0,5 Xác định được điểm “0” quả cân là: T0 = 0,2 Hỏi khối lượng thức của vật A? 0,2  (0,5) Ta tính: x =  0,7 mg 0,5  (0,5) 19
0,7 mv = 0,1780 - = 0,1773 gr 1000 Ví dụ 2: Khi cân một vật B Cân bằng lần 1: Tcb’ = 0,7 ứng với khối lượng 1,5700 gr Cân bằng lần 2: Tcb” = -0,3 . Điểm “0”: T0 = - 0,1 Hỏi khối lượng thực của vật B?  0,1  0,7 Ta tính: x = = 0,8 mg (0,3)  0,7 0,8 mv = 1,5700 + = 0,1708 gr 1000 Hai phương pháp này có ưu điểm là độ chính xác cao, song nhược điểm là phải tính toàn kết quả và khi cân chỉ xác định được vật cân có khối lượng ở một khoảng nào đó. g- Những sai lệch của cân và cách khắc phục: Cân phân tích chỉ cho phép xác định những phép cân chính xác trong điều kiện làm việc bình thường. Độ chính xác của cân phụ thuộc vào kết cấu của cân, độ chính xác có thể đạt được của từng kiểu cân. Ngoài những sai số do bản thân độ chính xác của cân gây ra, kết quả của phép cân có thể bị sai số do những nguyên nhân khác như: - Do người thực hiện phép cân không hiểu cân, không nắm chắc quy trình thao tác... - Do cân bị lệch, đặt cân không ngay ngắn, chắc chắn, bệ cân không nằm ngang như vị trí lúc điều chỉnh cân, đặt cân nơi bị rung động nhiều, nhiệt độ luôn thay đổi, buồng cân có gió lùa... - Đòn cân, vai cân bị lệch, hộp cản bị vướng mắc làm giảm dao động của kim cân. - Độ nhạy của cân kém do ma sát lớn, dao gối bị mòn, kim cân bị cong. - Tay hãm cân bị mất tác dụng. - Bóng đèn không sáng, bộ phận đóng, ngắt điện bị mất tác dụng, màn ảnh bị mờ không hiện hình thước số... - Quả cân bị mòn, bị oxy hoá (rỉ), không đúng với khối lượng danh nghĩa của nó... * Biện pháp khắc phục những sai lệch trên: - Để khắc phục những sai sót trên đây người sử dụng cân phân tích trước khi ngồi vào bàn cân phải kiểm tra tình trạng của cân, điều chỉnh cho trụ cân thẳng 20