ميزان الوزن

طقم ميزان ذي كفتين، مع أوزان
موازين تستخدم لقياس وزن الفاكهة في أحد المتاجر الكبرى
ميزان قيد الاستخدام في طوكيو
ميزان مطبخ رقمي، ميزان قياس الإجهاد
ميزان وزن الأطفال مزود بمسطرة لقياس الطول

الميزان هو جهاز يُستخدم لقياس الوزن أو الكتلة . ويُعرف أيضاً باسم ميزان الكتلة ، أو ميزان الوزن ، أو مقياس الكتلة ، أو مقياس الكتلة .

يتكون الميزان التقليدي من لوحين أو وعاءين معلقين على مسافة متساوية من نقطة ارتكاز . يحمل أحد اللوحين جسمًا مجهول الكتلة (أو الوزن )، بينما تُضاف أجسام معلومة الكتلة أو الوزن، تُسمى أوزانًا ، إلى اللوح الآخر حتى يتحقق التوازن الميكانيكي ويستقر اللوحان على سطح مستوٍ، وهو ما يحدث عندما تتساوى الكتل على اللوحين. يستقر الميزان المثالي في وضع محايد. أما الميزان الزنبركي، فيستخدم زنبركًا معروف الصلابة لتحديد الكتلة (أو الوزن). يؤدي تعليق كتلة معينة إلى تمدد الزنبرك بمقدار معين يعتمد على صلابة الزنبرك (أو ثابت الزنبرك ). كلما زاد وزن الجسم، زاد تمدد الزنبرك، كما هو موضح في قانون هوك . توجد أيضًا أنواع أخرى من الموازين تستخدم مبادئ فيزيائية مختلفة.

يمكن معايرة بعض الموازين لقراءة وحدات القوة (الوزن) مثل النيوتن بدلاً من وحدات الكتلة مثل الكيلوغرام . وتُستخدم الموازين على نطاق واسع في التجارة، حيث تُباع وتُعبأ العديد من المنتجات بناءً على كتلتها.

ميزان ذو كفتين

تاريخ

يصور كتاب الموتى المصري القديم مشهداً يتم فيه وزن قلب كاتب مقابل ريشة الحقيقة .

يُعدّ الميزان أداةً بسيطةً للغاية، لدرجة أن استخدامه يُرجّح أنه أقدم بكثير من الأدلة التي تشير إلى وجوده. وما مكّن علماء الآثار من ربط القطع الأثرية بالموازين هو الأحجار المستخدمة لتحديد الكتلة المطلقة. وربما استُخدم الميزان نفسه لتحديد الكتلة النسبية قبل الكتلة المطلقة بفترة طويلة. [ 1 ]

يعود أقدم دليل موثق على وجود الموازين إلى الأسرة الرابعة في مصر ، حيث تم العثور على أوزان دبن تعود إلى عهد سنفرو (حوالي 2600 قبل الميلاد)، على الرغم من وجود اقتراحات باستخدامها في فترات أقدم. [ 2 ] كما تم اكتشاف أحجار منحوتة تحمل علامات تدل على الكتلة والرمز الهيروغليفي المصري للذهب، مما يشير إلى أن التجار المصريين كانوا يستخدمون نظامًا راسخًا لقياس الكتلة لتصنيف شحنات الذهب أو إنتاج مناجم الذهب. ورغم عدم بقاء أي موازين فعلية من تلك الحقبة، فإن العديد من مجموعات أحجار الوزن، بالإضافة إلى جداريات تصور استخدام الموازين، تشير إلى انتشار استخدامها على نطاق واسع. [ 3 ]

عُثر على أمثلة مماثلة، يعود تاريخها إلى ما بين 2400 و1800 قبل الميلاد تقريبًا، في وادي نهر السند . ويُرجّح أن المكعبات الحجرية المصقولة والمتجانسة، التي عُثر عليها في المستوطنات القديمة، استُخدمت كأحجار لضبط الكتلة في الموازين. ورغم خلوّ هذه المكعبات من أي علامات، إلا أن كتلها تُشكّل مضاعفات لقيمة مشتركة. وهي مصنوعة من أنواع مختلفة من الأحجار ذات كثافات متفاوتة. ومن الواضح أن كتلتها، وليس حجمها أو خصائصها الأخرى، كانت العامل الحاسم في نحت هذه المكعبات. [ 3 ]

في الصين، عُثر على أقدم ميزان تم اكتشافه في مقبرة تعود إلى مملكة تشو خلال فترة الممالك المتحاربة الصينية، ويعود تاريخه إلى القرنين الثالث والرابع قبل الميلاد، في جبل زووجياغونغ بالقرب من تشانغشا ، هونان. كان الميزان مصنوعًا من الخشب ويستخدم كتلًا برونزية. [ 4 ] [ 5 ]

بدأت أشكال مختلفة من الموازين، بما في ذلك أجهزة مثل الميزان الرخيص وغير الدقيق (الميزان ذو الذراعين غير المتساويتين)، [ 6 ] بالانتشار بشكل واسع حوالي عام 400 قبل الميلاد بين العديد من التجار الصغار وزبائنهم. وظهرت أنواع عديدة من الموازين، يتميز كل منها بمزايا وتحسينات على الآخر، عبر التاريخ المسجل، حيث ساهم مخترعون عظماء مثل ليوناردو دافنشي شخصيًا في تطويرها. [ 7 ]

على الرغم من كل التطورات التي شهدها تصميم وتطوير الموازين، ظلت جميع الموازين حتى القرن السابع عشر الميلادي عبارة عن تنويعات على الميزان ذي الكفتين. وكان توحيد الأوزان المستخدمة - وضمان استخدام التجار للأوزان الصحيحة - شاغلاً كبيراً للحكومات طوال تلك الفترة.

كان الشكل الأصلي للميزان يتألف من عارضة ذات نقطة ارتكاز في مركزها. وللحصول على أعلى دقة، كانت نقطة الارتكاز تتكون من محور حاد على شكل حرف V مثبت في محمل أقل عمقًا على شكل حرف V أيضًا. ولتحديد كتلة الجسم، كانت تُعلق مجموعة من الكتل المرجعية على أحد طرفي العارضة، بينما يُعلق الجسم ذو الكتلة المجهولة على الطرف الآخر (انظر: الميزان وميزان الميزان ذي الذراع الفولاذية ). في الأعمال التي تتطلب دقة عالية، مثل الكيمياء التجريبية، لا يزال ميزان العارضة المركزية من أدق التقنيات المتاحة، ويُستخدم عادةً لمعايرة كتل الاختبار.

مع ذلك، استُخدمت شظايا برونزية اكتُشفت في وسط ألمانيا وإيطاليا خلال العصر البرونزي كشكل مبكر من أشكال العملة. [ 8 ] وفي الفترة الزمنية نفسها، استخدم التجار أوزاناً معيارية ذات قيمة مكافئة تتراوح بين 8 و10.5 غرامات من بريطانيا العظمى إلى بلاد ما بين النهرين. [ 9 ]

الموازين الميكانيكية

ميزان عشري قديم

كان الميزان ( ويُعرف أيضًا بميزان الكفة ، وميزان الذراع ، وميزان المختبر ) أول أداة لقياس الكتلة تم اختراعها. [ 1 ] يتكون في شكله التقليدي من ذراع أفقي محوري ذي ذراعين متساويي الطول - الذراع أو الميزان - وكفة وزن [ 10 ] معلقة من كل ذراع (ومن هنا جاءت تسمية " الموازين " بصيغة الجمع). توضع الكتلة المجهولة في إحدى الكفتين، وتُضاف أوزان قياسية إلى الكفة الأخرى حتى يقترب الميزان من حالة التوازن قدر الإمكان. في الموازين الدقيقة، يُحدد موضع كتلة منزلقة تتحرك على طول مقياس مدرج بدقة أكبر. يستخدم الميزان العشري ذراعًا يكون ذراع الأوزان فيه أطول بعشر مرات من ذراع الأجسام الموزونة، مما يسمح باستخدام أوزان أخف بكثير لوزن الأجسام الثقيلة. [ 11 ] وبالمثل، يستخدم الميزان المئوي ذراعين بنسبة 1:100.  

لكي يكون ميزان ذو كفتين في حالة اتزان، يجب أن يكون محور الارتكاز منحرفًا عن ذراع الرافعة. وعندما يكون الأمر كذلك، يكتسب الذراع الأعلى ميزة ميكانيكية على الذراع الأدنى لأن المسافة الأفقية بينه وبين محور الارتكاز أكبر.
كتلتان وزن كل منهما 10 ديكاجرام
كتل 50، 20، 1، 2، 5 و 10 غرامات

على عكس الموازين الزنبركية، تُستخدم الموازين لقياس الكتلة بدقة عالية، إذ لا تتأثر دقتها بتغيرات مجال الجاذبية المحلي. (على سبيل المثال، قد تصل هذه التغيرات على سطح الأرض إلى ±0.5% بين المواقع. [ 12 ] ) ولا يؤثر تغير شدة مجال الجاذبية الناتج عن تحريك الميزان على الكتلة المقاسة، لأن عزم القوة على جانبي ذراع التوازن المركزي يتأثر بالتساوي. ويُتيح ميزان العارضة المركزية قياسًا دقيقًا للكتلة في أي موقع يتعرض لجاذبية أو تسارع ثابتين.

تُحقق قياسات دقيقة للغاية من خلال ضمان خلو نقطة ارتكاز الميزان من الاحتكاك تقريبًا ( ويُعدّ استخدام حافة سكين الحل التقليدي)، وتثبيت مؤشر على ذراع الميزان لتضخيم أي انحراف عن وضع الميزان؛ وأخيرًا، باستخدام مبدأ الرافعة ، الذي يسمح بتطبيق كتل جزئية عن طريق تحريك كتلة صغيرة على طول ذراع القياس، كما هو موضح أعلاه. وللحصول على أعلى دقة، يجب مراعاة قوة الطفو في الهواء، والتي يعتمد تأثيرها على كثافة الكتل المعنية.

ميزان من الألومنيوم يتم إنتاجه بكميات كبيرة ( ميزان ذو ياردات فولاذية ) يباع ويستخدم في جميع أنحاء الصين: يمكن قلب الميزان والإمساك به من الحلقة الأكبر أسفل يد المستخدم اليمنى لإنتاج قوة أكبر للأحمال الأثقل ( هاينان ، الصين ، 2011).
امرأة على ميزان عام، فيينا ، النمسا ، 2016

لتقليل الحاجة إلى أوزان مرجعية كبيرة، يمكن استخدام ميزان ذي ذراع غير مركزي. قد يكون الميزان ذو الذراع غير المركزي دقيقًا تقريبًا مثل الميزان ذي الذراع المركزي، لكن الذراع غير المركزي يتطلب أوزانًا مرجعية خاصة، ولا يمكن التحقق من دقته ذاتيًا بمجرد تبديل محتويات الكفتين كما هو الحال في الميزان ذي الذراع المركزي. ولتقليل الحاجة إلى أوزان مرجعية صغيرة مدرجة، يمكن تركيب ثقل منزلق يُسمى "الميزان المتوازن" بحيث يمكن وضعه على طول مقياس مُعاير. يُضيف الميزان المتوازن مزيدًا من التعقيد إلى عملية المعايرة، إذ يجب ضبط كتلته بدقة لتتوافق مع نسبة الرافعة للذراع.

لزيادة سهولة وضع الأحمال الكبيرة وغير المنتظمة، يمكن تعويم المنصة على نظام عارضة ناتئة ينقل القوة المتناسبة إلى محمل حديدي أمامي ؛ وهذا بدوره يسحب قضيبًا لنقل القوة المخفضة إلى عارضة ذات حجم مناسب.

لا يزال هذا التصميم مستخدمًا في موازين الأذرع المحمولة  بسعة 500 كجم، والتي تُستخدم عادةً في البيئات القاسية التي تفتقر إلى الكهرباء، وكذلك في موازين الحمامات الميكانيكية الخفيفة (التي تستخدم في الواقع ميزانًا زنبركيًا داخليًا). تُقلل المحاور والمحامل الإضافية من الدقة وتُعقّد عملية المعايرة؛ إذ يجب تصحيح نظام العوامة لأخطاء الزوايا قبل تصحيح المدى عن طريق ضبط ذراع الميزان ونقطة التوازن.

توازن روبرفال

ميزان روبرفال . محاور الهيكل السفلي المتوازي الأضلاع تجعله غير حساس لوضع الحمل بعيدًا عن المركز، مما يحسن دقته وسهولة استخدامه.

في عام 1669، قدّم الفرنسي جيل بيرسون دي روبرفال نوعًا جديدًا من الموازين إلى الأكاديمية الفرنسية للعلوم. يتألف هذا الميزان من عمودين رأسيين يفصل بينهما ذراعان متساويان في الطول، ويرتكز كل ذراع على عمود رأسي مركزي، مُشكّلًا متوازي أضلاع. يمتد وتد من جانب كل عمود رأسي. ولدهشة المراقبين، كان الميزان متوازنًا بغض النظر عن مكان تعليق روبرفال لوزنين متساويين على الوتد. وبهذا المعنى، كان الميزان ثوريًا، إذ تطور لاحقًا إلى الشكل الأكثر شيوعًا، والمكون من كفتين موضوعتين على عمود رأسي فوق نقطة ارتكاز، ومتوازي أضلاع أسفلهما. وتكمن ميزة تصميم روبرفال في أن الميزان يبقى متوازنًا بغض النظر عن مكان وضع الأوزان المتساوية في الكفتين.

وشملت التطورات اللاحقة "ميزان التروس" الذي يتم فيه استبدال متوازي الأضلاع بأي عدد فردي من التروس المتشابكة أكبر من واحد، مع تروس متناوبة من نفس الحجم، مع تثبيت الترس المركزي على حامل والتروس الخارجية على أحواض، بالإضافة إلى "ميزان التروس المسننة" الذي يتكون من سلسلة من نوع الدراجة ملفوفة حول عدد فردي من التروس المسننة مع تثبيت الترس المركزي وتحرير الترسين الخارجيين للدوران وتثبيتهما على حوض.

بسبب احتوائه على المزيد من المفاصل المتحركة التي تضيف احتكاكًا، فإن ميزان روبرفال أقل دقة باستمرار من ميزان العارضة التقليدي، ولكن بالنسبة للعديد من الأغراض يتم تعويض ذلك من خلال سهولة استخدامه.

ميزان الالتواء

ميزان التواء من صنع شركة توربال

يُعدّ ميزان الالتواء من أدقّ الموازين التناظرية من الناحية الميكانيكية. ولا تزال كليات الصيدلة في الولايات المتحدة تُدرّس كيفية استخدام موازين الالتواء. يستخدم هذا الميزان كفتين، كما في الموازين التقليدية، موضوعتين فوق حجرة ميكانيكية تعتمد في قياساتها على مقدار التواء سلك أو ليف داخل الحجرة. ولا يزال الميزان بحاجة إلى وزن معايرة للمقارنة، ويمكنه وزن أجسام يزيد وزنها عن 120  ملغ، مع هامش خطأ لا يتجاوز ±7  ملغ. العديد من الموازين الدقيقة والموازين فائقة الدقة التي تزن أجزاءً من الغرام هي من نوع موازين الالتواء. ومن أنواع الألياف الشائعة المستخدمة فيه بلورات الكوارتز. [ 13 ]

الأجهزة الإلكترونية

ميزان دقيق

الميزان الدقيق (يسمى أيضًا الميزان الدقيق للغاية أو الميزان النانوي) هو أداة قادرة على إجراء قياسات دقيقة لكتلة الأجسام ذات الكتلة الصغيرة نسبيًا: في حدود مليون جزء من الجرام وما دونه.

ميزان تحليلي

ميزان تحليلي

الميزان التحليلي هو نوع من الموازين مصمم لقياس الكتل الصغيرة في نطاق أجزاء من المليغرام. توضع كفة القياس في الميزان التحليلي (0.1 ملغ أو أدق) داخل غلاف شفاف مزود بأبواب لمنع تراكم الغبار ، وبالتالي حماية الميزان من تأثير تيارات الهواء في الغرفة على عمله. يُطلق على هذا الغلاف غالبًا اسم "حاجز التيارات الهوائية". يتيح استخدام غلاف أمان للميزان مزود بفتحات تهوية ميكانيكية ، ومزود بألواح هوائية أكريليكية مصممة خصيصًا، تدفقًا سلسًا للهواء دون اضطرابات، مما يمنع تذبذب الميزان وقياس الكتلة بدقة تصل إلى 1  ميكروغرام دون أي تذبذبات أو فقدان للمنتج. كما يجب أن تكون العينة في درجة حرارة الغرفة لمنع تيارات الحمل الحراري الطبيعية داخل الغلاف من التسبب في خطأ في القراءة. تحافظ الموازين الميكانيكية أحادية الكفة على استجابة ثابتة طوال نطاق سعتها، ويتحقق ذلك من خلال الحفاظ على حمل ثابت على ذراع الميزان، وبالتالي على نقطة الارتكاز، عن طريق طرح الكتلة من نفس جانب الذراع الذي تُضاف إليه العينة.

تقيس الموازين التحليلية الإلكترونية القوة اللازمة لموازنة الكتلة المراد قياسها بدلاً من استخدام كتل فعلية. ولذلك، يجب إجراء تعديلات معايرة عليها للتعويض عن اختلافات الجاذبية. [ 14 ] تستخدم هذه الموازين مغناطيسًا كهربائيًا لتوليد قوة لموازنة العينة المراد قياسها، وتُخرج النتيجة بقياس القوة اللازمة لتحقيق التوازن. يُطلق على جهاز القياس هذا اسم مستشعر استعادة القوة الكهرومغناطيسية. [ 15 ]

ميزان البندول

لا تستخدم الموازين البندولية نوابض. تعتمد هذه التصاميم على البندول وتعمل كميزان لا يتأثر باختلافات الجاذبية. ومن الأمثلة على استخدام هذا التصميم الموازين التي تصنعها شركة توليدو للموازين. [ 16 ]

موازين قابلة للبرمجة

يحتوي الميزان القابل للبرمجة على وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة ، مما يسمح ببرمجته لتطبيقات مختلفة مثل التجميع، ووضع الملصقات، والتعبئة (مع وظيفة فحص الوزن)، وموازين الشاحنات ، وغير ذلك.

ومن الوظائف المهمة الأخرى العدّ، على سبيل المثال، تُستخدم لحساب الأجزاء الصغيرة بكميات كبيرة خلال الجرد السنوي. وتتراوح مقاييس العدّ (التي يمكنها أيضًا القيام بالوزن فقط) من المليغرام إلى الأطنان. [ 17 ]

الرمزية

تمثال "سيدة العدالة" يحمل ميزانًا ذا كفتين وسيفًا: تمثال العدالة، المحكمة الجنائية المركزية، لندن، المملكة المتحدة

يُعدّ الميزان (وتحديداً الميزان ذو الكفتين) أحد الرموز التقليدية للعدالة ، كما هو الحال في تماثيل سيدة العدالة . وهذا يتوافق مع استخدامه في استعارة "وضع الأمور في الميزان". وتعود أصوله إلى مصر القديمة. [ 18 ]

تُستخدم الموازين على نطاق واسع كرمز للمال والتجارة، حيث لعبت دورًا تقليديًا وحيويًا منذ العصور القديمة. على سبيل المثال، يظهر ميزان ذو كفتين في ختم وزارة الخزانة الأمريكية ولجنة التجارة الفيدرالية .

كما أن الميزان هو رمز برج الميزان الفلكي .

الميزان (وتحديداً، ميزان ذو كفتين وذراعين في حالة توازن متساوٍ) هو الرمز التقليدي للبيرونية، مما يشير إلى التوازن المتساوي للحجج المستخدمة في استنباط العصر . [ 19 ]

موازين قياس القوة (الوزن)

تاريخ

ميزان بسيط من القرن التاسع عشر

على الرغم من أن السجلات التي تعود إلى القرن الثامن عشر تشير إلى استخدام الموازين الزنبركية لقياس الكتلة، إلا أن أقدم تصميم لمثل هذا الجهاز يعود إلى عام 1770، ويُنسب الفضل فيه إلى ريتشارد سالتر، أحد أوائل صانعي الموازين. [ 3 ] انتشر استخدام الموازين الزنبركية على نطاق واسع في المملكة المتحدة بعد عام 1840، عندما طور آر دبليو وينفيلد ميزان الشمعة لوزن الرسائل والطرود، وهو ما أصبح ضروريًا بعد تطبيق نظام البريد الموحد ذي البنس الواحد . [ 20 ] كان بإمكان عمال البريد العمل بسرعة أكبر باستخدام الموازين الزنبركية مقارنةً بالموازين التقليدية، نظرًا لإمكانية قراءة قراءتها فورًا، وعدم الحاجة إلى معايرتها بدقة في كل قياس.

بحلول أربعينيات القرن العشرين، أُضيفت أجهزة إلكترونية متنوعة إلى هذه التصاميم لتحسين دقة القراءات. [ 3 ] [ 7 ] تعود بدايات خلايا قياس الحمل - وهي محولات طاقة تحول القوة إلى إشارة كهربائية - إلى أواخر القرن التاسع عشر، ولكن لم يصبح استخدامها واسع النطاق مجديًا اقتصاديًا وتقنيًا إلا في أواخر القرن العشرين. [ 21 ]

المقاييس الميكانيكية

يُستخدم مصطلح الميزان الميكانيكي لوصف جهاز وزن يُستخدم لقياس كتلة الجسم، والقوة المؤثرة عليه ، والشد، والمقاومة، دون الحاجة إلى مصدر طاقة. تشمل أنواع الموازين الميكانيكية: الموازين العشرية ، والموازين الزنبركية ، والموازين المعلقة، والموازين ثلاثية الأذرع ، ومقاييس القوة .

ميزان زنبركي

يقيس الميزان الزنبركي الكتلة عن طريق قياس المسافة التي ينحرف بها الزنبرك تحت تأثير الحمل. وهذا يختلف عن الميزان العادي الذي يقارن عزم الدوران المؤثر على ذراعه نتيجة وزن معين بعزم الدوران المؤثر على ذراعه نتيجة كتلة مرجعية قياسية باستخدام رافعة أفقية . يقيس الميزان الزنبركي القوة ، وهي قوة الشد التي تُقيّد حركة الجسم، والتي تُعاكس قوة الجاذبية الأرضية. [ 22 ] عادةً ما تتم معايرته بحيث تُترجم القوة المقاسة إلى كتلة عند تأثير جاذبية الأرض. يمكن تعليق الجسم المراد وزنه ببساطة من الزنبرك أو وضعه على محور ارتكاز ومنصة ارتكاز.

ميزان بيلانسيا دايتون، تم تصنيعه تقريبًا قبل عام 1940.

في الميزان الزنبركي، يتمدد الزنبرك (كما في الميزان المعلق في قسم الخضار والفواكه في متجر البقالة ) أو ينضغط (كما في ميزان الحمام البسيط). وبحسب قانون هوك ، لكل زنبرك ثابت تناسب يربط بين قوة الشد ومقدار التمدد. تستخدم موازين الوزن زنبركًا ذا ثابت زنبركي معروف (انظر قانون هوك )، وتقيس إزاحة الزنبرك بواسطة آليات متنوعة لتقدير قوة الجاذبية المؤثرة على الجسم. [ 23 ] غالبًا ما تُستخدم آليات الترس والجريدة المسننة لتحويل الحركة الخطية للزنبرك إلى قراءة على مؤشر الميزان.

تُعاني الموازين الزنبركية من مصدرين للخطأ لا توجد في الموازين العادية: تتغير الكتلة المقاسة بتغير قوة الجاذبية الأرضية المحلية (بنسبة تصل إلى 0.5% في مواقع مختلفة على سطح الأرض)، كما أن مرونة زنبرك القياس قد تتغير قليلاً بتغير درجة الحرارة. مع ذلك، يُمكن اعتماد الموازين الزنبركية للاستخدام التجاري من خلال التصنيع والإعداد الصحيحين. ولإزالة خطأ درجة الحرارة، يجب أن يحتوي الميزان الزنبركي المُعتمد للاستخدام التجاري على زنبركات مُعوضة حراريًا أو أن يُستخدم في درجة حرارة ثابتة نسبيًا. وللتخلص من تأثير تغيرات الجاذبية، يجب معايرة الميزان الزنبركي المُعتمد للاستخدام التجاري في مكان استخدامه.

مقياس هيدروليكي أو هوائي

يشيع أيضاً في التطبيقات ذات السعة العالية، مثل موازين الرافعات، استخدام القوة الهيدروليكية لاستشعار الكتلة. تُطبَّق قوة الاختبار على مكبس أو غشاء، وتُنقل عبر خطوط هيدروليكية إلى مؤشر قياس يعتمد على أنبوب بوردون أو مستشعر إلكتروني. [ 24 ]

موازين منزلية

ميزان حمام ميكانيكي. يؤدي الضغط على النوابض الداخلية إلى تدوير قرص يعرض وزن المستخدم بالرطل.

تعرض الموازين الرقمية الإلكترونية الوزن كرقم، عادةً على شاشة عرض بلورية سائلة (LCD). وتتميز هذه الموازين بتعدد استخداماتها، إذ يمكنها إجراء حسابات على القياس ونقله إلى أجهزة رقمية أخرى. في الميزان الرقمي، تتسبب قوة الوزن في تشوه نابض، ويُقاس مقدار التشوه بواسطة محول طاقة واحد أو أكثر يُسمى مقياس الإجهاد . مقياس الإجهاد عبارة عن موصل تتغير مقاومته الكهربائية بتغير طوله. تتميز مقاييس الإجهاد بسعة محدودة، وقد تستخدم الموازين الرقمية الأكبر حجمًا محول طاقة هيدروليكيًا يُسمى خلية الحمل بدلاً منه. يُطبق جهد كهربائي على الجهاز، ويتسبب الوزن في تغير التيار المار فيه. يُحوّل التيار إلى رقم رقمي بواسطة محول تناظري-رقمي ، ثم يُترجم بواسطة منطق رقمي إلى الوحدات الصحيحة، ويُعرض على الشاشة. عادةً ما يُشغّل الجهاز بواسطة شريحة معالج دقيق .

ميزان حمام رقمي

ميزان الحمام الرقمي هو ميزان أرضي يقف عليه الشخص، ويُعرض الوزن على شاشة رقمية. قد لا تقتصر وظائف هذه الأجهزة الإلكترونية الرقمية على عرض الوزن فقط، بل قد تحسب نسبة الدهون في الجسم، ومؤشر كتلة الجسم ، وكتلة الجسم الخالية من الدهون، وكتلة العضلات، ونسبة الماء في الجسم. بعض موازين الحمام الحديثة متصلة لاسلكيًا أو عبر شبكة الهاتف المحمول، وتتضمن ميزات مثل التكامل مع الهواتف الذكية، والتخزين السحابي، وتتبع اللياقة البدنية. وعادةً ما تعمل هذه الموازين ببطارية زر أو بطارية من نوع AA أو AAA.

ميزان مطبخ رقمي

تُستخدم موازين المطبخ الرقمية لوزن الطعام في المطبخ أثناء الطهي. وهي عادةً ما تكون خفيفة الوزن وصغيرة الحجم.

مقياس قياس الإجهاد

في النسخ الإلكترونية من الموازين الزنبركية، يُقاس انحراف عارضة تحمل كتلة مجهولة باستخدام مقياس إجهاد ، وهو عبارة عن مقاومة كهربائية حساسة للطول . ولا يحد من قدرة هذه الأجهزة سوى مقاومة العارضة للانحراف. ويمكن جمع النتائج من عدة نقاط دعم إلكترونيًا، مما يجعل هذه التقنية مناسبة لتحديد كتلة الأجسام الثقيلة جدًا، مثل الشاحنات وعربات السكك الحديدية، وتُستخدم في موازين الشاحنات الحديثة .

محلات السوبر ماركت وغيرها من متاجر التجزئة

تُستخدم هذه الموازين في المخابز الحديثة ، ومحلات البقالة ، ومحلات الأطعمة الجاهزة ، وأقسام المأكولات البحرية، واللحوم ، والخضراوات والفواكه ، وغيرها من أقسام السلع القابلة للتلف. تستطيع موازين السوبر ماركت طباعة الملصقات والإيصالات، وتحديد الوزن والعدد، وسعر الوحدة، والسعر الإجمالي، وفي بعض الحالات، وزن الفارغ . تطبع بعض موازين السوبر ماركت الحديثة علامة RFID تُستخدم لتتبع المنتج ومنع التلاعب به أو إرجاعه. في معظم الحالات، تتميز هذه الموازين بمعايرة محكمة الإغلاق، مما يضمن دقة القراءة على الشاشة وعدم إمكانية التلاعب بها. في الولايات المتحدة، تُعتمد هذه الموازين من قِبل البرنامج الوطني لتقييم الأنواع (NTEP)، وفي جنوب إفريقيا من قِبل مكتب المعايير الجنوب إفريقي ، وفي أستراليا من قِبل المعهد الوطني للقياس (NMI)، وفي المملكة المتحدة من قِبل المنظمة الدولية للمقاييس القانونية .

ميزان صناعي

الميزان الصناعي جهاز يُستخدم لقياس وزن أو كتلة الأشياء في مختلف الصناعات. تتراوح أحجامه من موازين صغيرة تُوضع على الطاولات إلى موازين كبيرة تُوضع على الجسور، وتختلف في خصائصها وقدراتها. تُستخدم الموازين الصناعية لأغراض مراقبة الجودة، وإدارة المخزون، والتجارة.

توجد أنواع عديدة من الموازين الصناعية تُستخدم لأغراض وتطبيقات مختلفة. ومن الأنواع الشائعة ما يلي:

موازين الشاحنات  : هي موازين كبيرة الحجم تُستخدم لوزن الشاحنات والحاويات وغيرها من المركبات الثقيلة. وتُستخدم في قطاعات صناعية متنوعة كالتصنيع والشحن والتعدين والزراعة وغيرها.

ميزان تكديس الحاويات :  هو نظام وزن متخصص مصمم لقياس وزن حاويات الشحن بدقة. يُدمج عادةً في المعدات المستخدمة لتحميل وتفريغ الحاويات، مثل رافعات الحاويات أو رافعات التكديس. يوفر ميزان تكديس الحاويات قياسات فورية للوزن، مما يسمح لمتخصصي الخدمات اللوجستية بضمان تحميل كل حاوية ضمن حدود الوزن المحددة. تُستخدم موازين تكديس الحاويات في قطاعات مثل الموانئ والشحن والخدمات اللوجستية.

ميزان الرافعة الشوكية  : هو نظام وزن مُدمج في الرافعة الشوكية، يسمح بوزن الأحمال أثناء رفعها ونقلها. هذا يُغني عن عمليات الوزن المنفصلة، ​​ويُقلل الوقت والجهد اللازمين لعمليات مناولة المواد. تُستخدم موازين الرافعات الشوكية في قطاعات صناعية متنوعة، مثل التصنيع والخدمات اللوجستية والشحن.

ميزان مناولة المواد  : هو نظام وزن مُدمج في آلة مناولة المواد، مثل الكماشة أو المغناطيس. يتيح هذا النظام وزن المواد بدقة وكفاءة أثناء نقلها أو تفريغها أو تحميلها. يُستخدم ميزان مناولة المواد في قطاعات متنوعة، مثل الخردة وإعادة التدوير والنفايات والموانئ. كما يُمكنه نقل بيانات الوزن إلى خدمة سحابية أو نظام تخطيط موارد المؤسسات (ERP) لمراقبة وإدارة تدفق المواد في الوقت الفعلي.

ميزان رافعة الباليت هو جهاز يجمع بين رافعة الباليت وميزان الوزن. يتيح لك وزن ونقل الباليتات في آن واحد، مما يوفر الوقت والجهد. تُستخدم موازين رافعة الباليت في مختلف الصناعات، مثل التصنيع والخدمات اللوجستية والشحن.

ميزان الرافعة  : هو جهاز يقيس وزن أو كتلة الأجسام المعلقة من رافعة. يحتوي على خطاف في الأسفل وشاشة عرض كبيرة تسمح بالرؤية من مسافة بعيدة. تُستخدم موازين الرافعات في تطبيقات صناعية متنوعة، مثل التصنيع والشحن والتعدين وإعادة التدوير وغيرها.

ميزان  اللودر ذي العجلات: هو نظام يقيس وزن المواد المرفوعة بواسطة اللودر ذي العجلات، وهو نوع من الآلات الثقيلة المستخدمة لنقل كميات كبيرة من التربة أو الرمل أو الحصى أو غيرها من المواد. يُسهم ميزان اللودر ذي العجلات في تحسين كفاءة ودقة عمليات التحميل، بالإضافة إلى إدارة المخزون والسلامة في الصناعات التي تستخدمه. يتكون عادةً من مستشعر هيدروليكي ووحدة عرض ونظام إدارة بيانات. يُركّب المستشعر الهيدروليكي في اللودر ذي العجلات، ويكشف تغيرات الضغط الناتجة عن الحمولة. تعرض وحدة العرض معلومات الوزن للمشغل، وتتيح له تحديد الأحمال المستهدفة، واختيار المنتجات والعملاء، وتصدير البيانات. يستطيع نظام إدارة البيانات تخزين بيانات الوزن وتحليلها ونقلها إلى أجهزة أو منصات أخرى.

الاختبار والشهادة

يتم فحص الموازين المستخدمة لأغراض التجارة في الولايات المتحدة ، مثل هذا الميزان الموجود عند نقطة الدفع في الكافيتريا ، للتأكد من دقتها من قبل مكتب الأوزان والمقاييس التابع لوزارة الزراعة وخدمات المستهلك في ولاية فلوريدا .

تُخضع معظم الدول تصميم وصيانة الموازين المستخدمة في التجارة لأنظمة صارمة. فعلى سبيل المثال، في الاتحاد الأوروبي، تخضع أدوات الوزن للتوجيهات 2014/31/EU و2014/32/EU. ويتم إجراء تقييم للمطابقة قبل طرح الجهاز في السوق، كما يتم التحقق من الأجهزة بعد فترة زمنية محددة في الدول الأعضاء في الاتحاد الأوروبي. وقد أدى ذلك في الغالب إلى تأخر تكنولوجيا الموازين عن غيرها من التقنيات، نظرًا للعقبات التنظيمية المكلفة التي تعترض سبيل إدخال تصاميم جديدة. ومع ذلك، فقد برز اتجاه نحو "خلايا الحمل الرقمية"، وهي في الواقع خلايا قياس إجهاد مزودة بمحولات تناظرية وشبكات مدمجة. وقد ساهمت هذه التصاميم في الحد من مشاكل الصيانة المرتبطة بدمج ونقل عدد من الإشارات ذات جهد 20 ملي فولت في البيئات القاسية.

تتطلب اللوائح الحكومية عمومًا إجراء عمليات تفتيش دورية من قبل فنيين مرخصين، باستخدام أوزان يمكن تتبع معايرتها إلى مختبر معتمد. يجوز إنتاج موازين مخصصة للاستخدام غير التجاري، مثل تلك المستخدمة في الحمامات وعيادات الأطباء والمطابخ (لضبط كميات الطعام) وتقدير الأسعار (وليس لتحديد الأسعار الرسمية)، ولكن يجب بموجب القانون وضع ملصق "غير مصرح به للاستخدام التجاري" عليها لضمان عدم إعادة استخدامها بطريقة تضر بالمصالح التجارية. في الولايات المتحدة، الوثيقة التي تصف كيفية تصميم الموازين وتركيبها واستخدامها للأغراض التجارية هي دليل المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا رقم 44. عادةً ما تُعتمد شهادة "مصرح به للاستخدام التجاري" (LFT) من خلال اختبار قابلية تكرار القياسات لضمان هامش خطأ أقصى قدره 10%.

نظراً لاختلاف الجاذبية بأكثر من 0.5% على سطح الأرض، فإن التمييز بين قوة الجاذبية والكتلة يُعدّ أمراً بالغ الأهمية لمعايرة الموازين بدقة للأغراض التجارية. عادةً، يكون الهدف هو قياس كتلة العينة وليس قوة الجاذبية المؤثرة عليها في ذلك الموقع تحديداً.

تقيس موازين العارضة الميكانيكية التقليدية الكتلة بشكل مباشر. أما الموازين الإلكترونية العادية فتقيس قوة الجاذبية بين العينة والأرض، أي وزن العينة، الذي يتغير بتغير الموقع. لذا، يجب إعادة معايرة هذا النوع من الموازين بعد تركيبه، وفقًا للموقع المحدد، للحصول على قراءة دقيقة للكتلة.

مصادر الخطأ

من مصادر الخطأ في الوزن ما يلي:

  • الطفو – تتولد قوة طفو في الأجسام الموجودة في الهواء تتناسب طرديًا مع حجم الهواء المزاح. ويؤدي اختلاف كثافة الهواء الناتج عن الضغط الجوي ودرجة الحرارة إلى حدوث أخطاء. [ 25 ]
  • خطأ في كتلة الوزن المرجعي
  • هبات الهواء، حتى الصغيرة منها، التي تدفع المقياس لأعلى أو لأسفل
  • يحدث احتكاك في المكونات المتحركة مما يتسبب في وصول الميزان إلى حالة التوازن في تكوين مختلف عن حالة التوازن الخالية من الاحتكاك.
  • يساهم الغبار المتراكم في الهواء في زيادة الوزن
  • قد يحدث سوء معايرة بمرور الوقت، بسبب انحراف في دقة الدائرة، أو تغير في درجة الحرارة.
  • عدم محاذاة المكونات الميكانيكية نتيجة للتمدد أو الانكماش الحراري للمكونات
  • المجالات المغناطيسية المؤثرة على المكونات الحديدية
  • القوى الناتجة عن المجالات الكهروستاتيكية ، على سبيل المثال، من أقدام تُجر على السجاد في يوم جاف
  • التفاعل الكيميائي بين الهواء والمادة المراد وزنها (أو الميزان نفسه، في شكل تآكل )
  • تكثف بخار الماء الجوي على الأجسام الباردة
  • تبخر الماء من الأشياء المبللة
  • انتقال الهواء بالحمل الحراري من الأجسام الساخنة أو الباردة
  • الاختلافات في الجاذبية لميزان يقيس القوة، ولكن ليس لميزان ذي كفتين. [ 26 ]
  • الاهتزازات والاضطرابات الزلزالية

ميزان هجين زنبركي وميزان توازن

نموذج أولي لميزان ذي ذراع مرنة لقياس الكتلة

مقياس ذو ذراع مطاطي

في عام ٢٠١٤، طُرح مفهوم الميزان الهجين، وهو ميزان الذراع المرن القابل للتشوه [ ٢٧ ] ، الذي يجمع بين الميزان الزنبركي وميزان العارضة، مستفيدًا في آنٍ واحد من مبدأي التوازن والتشوه. في هذا الميزان، تُستبدل الأذرع الصلبة لميزان العارضة التقليدي (مثل الميزان الفولاذي ) بقضيب مرن داخل غلاف انزلاقي مائل عديم الاحتكاك. يصل القضيب إلى حالة توازن انزلاقي فريدة عند تطبيق حمولتين رأسيتين (أو كتلتين) على حافتيه. ويُضمن التوازن، الذي يستحيل تحقيقه مع الأذرع الصلبة، بفضل قوى التكوين المتولدة على حافتي الغلاف نتيجةً لحالة الانزلاق الحر والحركة غير الخطية للقضيب المرن. كما يمكن لجهاز قياس الكتلة هذا العمل دون ثقل موازن .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ١ ٢ "تنزيل - تاريخ موجز للوزن: كتاب متحف AWTX" . Averyweigh-tronix.com. مؤرشف من الأصل في ٢ مارس ٢٠١٢. تم الاطلاع عليه في ٥ مارس ٢٠١٥ .
  2. رامستورف، لورنز. "بحثًا عن أقدم أوزان الموازين وأنظمة الوزن من شرق البحر الأبيض المتوسط ​​والشرق الأدنى والأوسط" .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  3. 1 2 3 4 بيتروسو، كارل م (1981). "الموازين المبكرة والوزن في مصر ووادي السند". نشرة م . 79 : 44-51 . JSTOR 4171634 . 
  4. روسي، سيزار؛ روسو، فلافيو؛ روسو، فيروتشيو (2009). اختراعات المهندسين القدماء: رواد الحاضر (تاريخ علم الآليات والآلات) . سبرينغر (نُشر في 11 مايو 2009). ص 21. ISBN  978-90-481-2252-3.
  5. يان، هونغ-سين (2007). تصاميم إعادة بناء الآلات الصينية القديمة المفقودة . سبرينغر (نُشر في 18 نوفمبر 2007). الصفحات 53-54 . 
  6. "ISASC" . ISASC . تم الاسترجاع في 26-02-2014 .
  7. ١ ٢ "تاريخ الوزن" . Averyweigh-tronix.com. ٢٠١٢-٠٣-٠٢. مؤرشف من الأصل في ٢ مارس ٢٠١٢. تم الاطلاع عليه بتاريخ ٢٠١٤-٠٣-٠٥ .
  8. إيالونغو، نيكولا؛ لاغو، جيانكارلو (2021). "ثورة العملات المعدنية الصغيرة: أنظمة الوزن وظهور أول عملة أوروبية شاملة" . مجلة العلوم الأثرية . 129 105379. Bibcode : 2021JArSc.129j5379I . doi : 10.1016/j.jas.2021.105379 . hdl : 11573/1547061 .
  9. إيالونغو، نيكولا؛ هيرمان، رافائيل؛ رامستورف، لورنز (2021). "أنظمة الوزن في العصر البرونزي كمقياس للتكامل السوقي في غرب أوراسيا" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 118 ( 27) e2105873118. Bibcode : 2021PNAS..11805873I . doi : 10.1073/pnas.2105873118 . PMC 8271817. PMID 34183401 .  
  10. أو "مقياس" أو "مقياس" أو "حوض" قديم ( قاموس عملي للغتين الإنجليزية والألمانية (1869)، ص  1069 ).
  11. قاموس ماكجرو هيل للمصطلحات العلمية والتقنية
  12. هودجمان، تشارلز، محرر. (1961). دليل الكيمياء والفيزياء، الطبعة 44. كليفلاند، الولايات المتحدة الأمريكية: شركة نشر المطاط الكيميائي.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list ( link ) pp.  3480–3485.
  13. "أنواع الموازين والمقاييس، المصطلحات الشائعة والعناية - Grainger KnowHow" .
  14. "مواد تدريبية في مجال الطيران والدفاع" (ملف PDF) . Sandd.jp . تاريخ الاسترجاع: 26-02-2014 .
  15. "مجلة أجهزة الاستشعار" . Archives.sensorsmag.com. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2014-01-06 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2014-02-26 .
  16. "دليل البحث: مجموعة مقاييس توليدو" (ملف PDF) . Utoledo.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26-02-2014 .
  17. "موازين صناعية للإيجار - موازين عدّ من 0.006 غرام إلى 6 أطنان" (بالألمانية). 2021-11-04. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2023-04-06 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2023-02-28 .
  18. كلارك، أندرو (13 أبريل 2023). "تاريخ الموازين: من العصور القديمة إلى العصر الحديث" . حلول الموازين MWS . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 يوليو 2023 .
  19. سارة باكيويل، كيف تعيش: أو حياة مونتين في سؤال واحد وعشرين محاولة للإجابة ، 2011، ص 127، رقم ISBN 1590514831
  20. براس، برايان ( 2006). "الشمعدانات، الجزء 1" (ملف PDF) . التوازن (1): 3099-3109 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26-02-2014 .
  21. "خلايا التحميل" . Omega.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26-02-2014 .
  22. "دليل لاختيار أفضل ميزان ميكانيكي - إن سكيل" . موازين إن سكيل . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2017-12-06 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2017-12-06 .
  23. "ما هو قانون هوك؟" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2017-12-06 .
  24. "نبذة تاريخية عن الأوزان والمقاييس" (ملف PDF) . قسم معايير القياس، وزارة الغذاء والزراعة في كاليفورنيا.
  25. "تطبيق تصحيحات طفو الهواء" (ملف PDF) . Andrew.ucsd.edu. 29 سبتمبر 1997. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 7 سبتمبر 2006. تم الاطلاع عليه في 5 مارس 2014 .
  26. ديفيس، آر إس؛ ويلش، بي إي (1988). "حدود عدم اليقين العملية لتحديد كتلة وزن مقياس المكبس" (ملف PDF) . مجلة البحوث التابعة للمكتب الوطني للمعايير . 93 (4): 565-571 . doi : 10.6028/jres.093.149 . تاريخ الاسترجاع: 26 فبراير 2014 .
  27. بوزي، ف.؛ ميسيروني، د.؛ دال كورسو، ف.؛ بيجوني، د. (2014). "مقياس ذراع مرن" ( ملف PDF) . وقائع الجمعية الملكية أ: العلوم الرياضية والفيزيائية والهندسية . 470 (2169) 20140232. arXiv : 1509.06713 . Bibcode : 2014RSPSA.47040232B . doi : 10.1098/rspa.2014.0232 . PMC 4123770. PMID 25197248. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2020-10-03 . تم الاسترجاع بتاريخ 2014-10-03 .