机械分析天平计量原理 检定 小修理--5汇.doc

PAGE  PAGE - 4 - 机械分析天平计量原理 检定 小修理 bwdqy (2014-5) 本文论述了天平计量原理、检定原理，介绍了不常见的小修经验；有助于使用者排除天平一般故障，判断天平准确性，决定送检送修等。 天平计量原理 机械分析天平计量原理无疑是杠杆原理，具体包括一个杠杆、两个力矩等五个方面，现以200g / 0.1mg 光电分析天平为例进行说明。 (1) 一个杠杆 天平横梁和镶嵌的三个刀子构成一个等臂杠杆，中刀刃为支点，两个边刀刃为力点。如果把横梁看成是没有重量的刚性直丝，根据杠杆平衡原理，施于横梁两端的二力相等时杠杆随遇平衡，横梁停位可为任意角度；两端二力不等时，横梁竖起，重端在下。如此只能比较二力大小，差多少并不知道，无法精确计量。 (2) 两个力矩 实际的天平横梁并非极细的刚性直丝，本身有一定尺寸就会有重量，产生一个横梁重心。另外，悬挂系统和盘中载物的重量集中到二边刀后再与横梁重心结合，又产生一个总体合成重心，这里叫它天平重心。正常天平的天平重心与支点并不重合，当天平重心处于支点下方时天平达到平衡。这时如果给横梁一侧加重，将产生一个力矩迫使横梁偏转，带来的重心偏移又自然产生一个恢复力矩，偏转越多恢复力矩越大，直到再次平衡为止。两次平衡间的偏转角代表了加重值，相当的质量直接显示在微分标尺上。 被称物体的质量等于砝码质量加上微分标尺显示的质量。 重心出现，力矩出现，天平稳态出现，这比解释成单一杠杆又深了一层。 (3) 灵敏度 灵敏度是以一侧边刀上的增重与横梁偏转角之间关系定义的，同样的偏转角需要的增重越小表示灵敏度越高。 横梁越轻、横梁重心与支点距离越近，则同样偏转角的恢复力矩越小，需要与之平衡的边刀上的增重越小，所以灵敏度越高。 横梁上设有可上下移动的重心调节球，用来改变横梁重心位置，以备调节灵敏度到正确值。调节球往上移灵敏度增高，反之降低。灵敏度不能低也不能高，应使微分标尺与砝码计量一致。 (4) 三刀直线性 由于每次称量的盘中载物重量差别可能很大，以致天平重心不固定，灵敏度就不固定。改善的方法是使三个刀刃在一条直线上（平线），灵敏度就不再受盘中载物和悬挂系统影响，只取决于横梁重心。 分析以上结论：盘中载物和悬挂系统的重量引入后，先把它们在横梁两边相差重量分出来看成与偏转角相应部分相抵，所剩下的两边相等的重量集中到各自边刀后再合成的重心在平线且等臂情况下就恰好位于支点上，不再对横梁产生扭力，所以决定灵敏度的只有横梁重心。 另种分析：上面已得知盘中载物和悬挂系统的介入在支点上新增了一个合成重心，从这里出发再与原来的横梁重心合成总重心——天平重心。可看出，天平重心比横梁重心重力扩大的倍数恰好等于与支点距离缩小的倍数，进而推出二重心的恢复力矩无论偏转角大小总是相等的，它们决定了同一个灵敏度。这说明，虽然灵敏度总是由天平重心决定的，但是在平线下这个灵敏度同时也由横梁重心决定。 横梁自身左右重量的些微不对称，由两边悬挂系统的重量差和横梁上专设的两个平衡螺母移位来补偿，以保证空盘零点在0附近。严格地讲，平线时真正起作用的横梁重心包括这些补偿重量，虽然补偿量很小。 (5) 线形刀刃 杠杆原理已抽象成平面图，而实物是立体的，支点、力点变成了线形刀刃，就增加了天平的复杂性。中刀应垂直于横梁，边刀平行于中刀（处于同一平面且前角距等于后角距），有此基础才可言三刀直线性和等臂性，为此在边刀盒上设置了限位用的各向调节螺丝。 2 天平检定 天平计量性能检定指标有四项——稳定性、灵敏性、正确性和不变性。检定方法通常采用标准的成套检定步骤，本文根据天平原理把它拆分成单项检定方法，不仅便于理解，还方便使用者自查，随时查一项或多项，保持称量准确。 (1) 稳定性检定 稳定性指平衡受到扰动后仍能回到原来平衡位置的能力。有的天平示值出现容易察觉的微动，即便幅值比一个分度小得多，也应判定有问题；直观感觉停点稳定，示值容易读出，就是好的。 (2) 空盘灵敏度检定 先测定天平零点，然后在一盘加10 mg砝码，指针摆动应为100±1分度。如果标尺不够用，事先调零点到合适位置。 灵敏度检定就是检查里外相符，里是微分标尺，外是砝码。砝码是标准；微分标尺是代砝码，要用砝码校正。 (3) 重盘灵敏度检定 左、右盘各加一个200 g对等砝码（成对砝码，质量接近为好），用前面方法再测灵敏度，应为100±1分度。 这是三刀线性的检查，如果重盘灵敏度比空盘的低，说明边刀连线低于中刀，也称离线，反之为吃线。 (4) 等臂性检定 先测定天平空盘零点。然后在左、右盘各加一个200 g对等砝码，测出平衡值；交换砝码，再测平衡值；二平衡值（包括符号）相加再除以2便得中值。将中值与空盘零点作比较，不应超