天平的概念

　　天平(Weighing scales;Balance)基本解釋是一種衡器，是衡量物體質(zhì)量的儀器。由支點(diǎn)(軸)在梁的中心支著天平梁而形成兩個(gè)臂，每個(gè)臂上掛著一個(gè)盤(pán)，其中一個(gè)盤(pán)里放著已知重量的物體,另一個(gè)盤(pán)里放待稱(chēng)重的物體，固定在梁上的指針在不擺動(dòng)且指向正中刻度時(shí)的偏轉(zhuǎn)就指示出待稱(chēng)重物體的重量詳細(xì)解釋;早在公元前1500多年，埃及人就已經(jīng)使用天平了，還有人說(shuō)，這個(gè)時(shí)間還要早，大約在公元前5000年以前。古埃及的天平雖然做的很粗糙，但是已經(jīng)有了現(xiàn)代天平的輪廓，成為現(xiàn)代天平的雛形。古代的一種衡器，產(chǎn)生較早，到春秋晚期，天平和砝碼的制造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)精密。以竹片做橫梁，絲線為提紐，兩端各懸一銅盤(pán)。后因天平秤重物比較麻煩，改為“銓”，稱(chēng)量小物時(shí)才用天平。電子天平，用于稱(chēng)量物體質(zhì)量。

　　電子天平以電磁力平衡被稱(chēng)物體重力的天平稱(chēng)之為電子天平。其特點(diǎn)是稱(chēng)量準(zhǔn)確可靠、顯示快速清晰并且具有自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、簡(jiǎn)便的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置以及超載保護(hù)等裝置。

　　天平的分類(lèi)

　　天平有狹義和廣義之分。狹義的天平專(zhuān)指雙盤(pán)等臂機(jī)械天平，是利用等臂杠桿平衡原理，將被測(cè)物與相應(yīng)砝碼比較衡量，從而確定被測(cè)物質(zhì)量的一種衡器。廣義的天平則包括雙盤(pán)等臂機(jī)械天平、單盤(pán)不等臂機(jī)械天平和電子天平3類(lèi)。

　　雙盤(pán)等臂機(jī)械天平 一般按結(jié)構(gòu)分為普通標(biāo)牌天平、微分標(biāo)牌天平和架盤(pán)天平3種。也可按用途分為檢定天平、分析天平、精密天平和普通天平4種。檢定天平是計(jì)量部門(mén)、商檢部門(mén)或其他有關(guān)部門(mén)或工廠專(zhuān)門(mén)用來(lái)檢查或校準(zhǔn)砝碼的天平。

　　分析天平是用于化學(xué)分析和物質(zhì)精確衡量的高準(zhǔn)確度天平。在大多數(shù)情況下，這類(lèi)天平的最小分度值都小于最大稱(chēng)量的 10-5。分析天平可按衡量范圍和最小分度值分為常量天平(稱(chēng)量和最小分度值分別為100～200g和0.01～1mg)、半微量天平(30～100g和1～10g)、微量天平(3～30g和0.1~1g)和超微量天平(3～5g和0.1g以下)。

　　精密天平廣泛應(yīng)用于各種物質(zhì)的精密衡量，其最小分度值通常為最大稱(chēng)量的10-5～10-4。

　　普通天平用作物質(zhì)的一般衡量。最小分度值等于或大于最大稱(chēng)量的10-4。

　　隨著科技的發(fā)展及客戶的需求延伸出了新的具有特殊用途的天平即比較器、快速水份測(cè)定儀、移液管校準(zhǔn)工作站、軟件、砝碼、配件、天平和臺(tái)秤的日常測(cè)試、利用天平進(jìn)行密度測(cè)定、差重稱(chēng)量、動(dòng)態(tài)稱(chēng)量、濾紙稱(chēng)量、配方、質(zhì)量比較;高分辨率稱(chēng)量、聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信、移液器校準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)室中的精密及分析稱(chēng)量、統(tǒng)計(jì)過(guò)程和質(zhì)量控制、防爆區(qū)域稱(chēng)重應(yīng)用、間隔稱(chēng)量。

　　天平的發(fā)展

　　早在18世紀(jì)英國(guó)化學(xué)家布萊克就已經(jīng)使用了天平，那個(gè)時(shí)候，正是化學(xué)中不斷發(fā)現(xiàn)氣體、并開(kāi)始建立理論的時(shí)期。布萊克在化學(xué)研究中非常重視實(shí)驗(yàn)，而且是第一個(gè)應(yīng)用定量的方法研究氣體的人。1755年，他寫(xiě)了一篇論文，內(nèi)容是對(duì)石灰石等堿性物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究。論文中提到，他發(fā)現(xiàn)將石灰石煅燒會(huì)產(chǎn)生氣體。于是，他在煅燒前稱(chēng)量了石灰石的重量，煅燒后再次稱(chēng)量重量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，石灰石經(jīng)過(guò)煅燒重量減少了44%，他認(rèn)為這個(gè)重量正是從中釋放出的氣體的重量。從布萊克的實(shí)驗(yàn)研究中可以了解到，他進(jìn)行了定量研究，定量研究需要稱(chēng)量，而稱(chēng)量離不開(kāi)天平。歷史資料表明，布萊克確實(shí)使用了天平，他用過(guò)的天平至今仍保存在愛(ài)丁堡皇家博物館中。

　　用繩子掛著稱(chēng)盤(pán)，橫梁又掛在另一個(gè)稱(chēng)鉤上。布萊克正是用這個(gè)天平進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，而且做出了發(fā)現(xiàn)的，這個(gè)天平的使用，不僅在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中建立了定量方法，而且對(duì)天平的進(jìn)一步發(fā)展、改良，也是重要的。

　　18世紀(jì)末英國(guó)也已經(jīng)制造出了一種天平，橫梁中央嵌上一個(gè)鋼質(zhì)的刀口。把它放在瑪瑙盤(pán)中，大大提高了精密度和靈敏度。當(dāng)時(shí)出現(xiàn)了一些天平設(shè)計(jì)家和制造家，不過(guò)，據(jù)說(shuō)天平的價(jià)格比較貴，而且要先預(yù)定，不像法國(guó)，天平雖不那么精密，但比較容易買(mǎi)到。19世紀(jì)20年代，倫敦有一位儀器設(shè)計(jì)家叫羅賓遜，他開(kāi)始設(shè)計(jì)和制造分析天平，不僅英國(guó)，就連美國(guó)在一個(gè)時(shí)期里都使用這種天平。羅賓遜用空心材料做橫梁，把梁做成三角形，豎梁中部有指針。

　　有刻度橫梁和游碼的天平，大約也是在19世紀(jì)誕生的，究竟誰(shuí)是這種天平的發(fā)明人有不同說(shuō)法，也存在爭(zhēng)議。可是1851年在倫敦召開(kāi)了一次國(guó)際博覽會(huì)，英國(guó)和歐洲大陸國(guó)家的一些主要天平制造商都參加了，經(jīng)博覽會(huì)審查團(tuán)審議，最后把最高獎(jiǎng)獎(jiǎng)給了奧耶領(lǐng)，以表彰他在有刻度橫梁和滑動(dòng)裝置(即游碼)天平的制造上所做的貢獻(xiàn)。

　　隨著科學(xué)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，天平的設(shè)計(jì)和制造不斷取得長(zhǎng)足的進(jìn)展。正是經(jīng)過(guò)一代一代人的不懈努力，經(jīng)過(guò)技術(shù)的積累和提高，才有了今天的各式各樣的現(xiàn)代天平。如今，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，常用的天平有：

　　托盤(pán)天平，秤盤(pán)安放在橫梁兩邊刀上方的盤(pán)架上，秤盤(pán)和托盤(pán)架重心高于橫梁支點(diǎn)。砝碼或被稱(chēng)物在處于秤盤(pán)前后位置時(shí)會(huì)引起秤盤(pán)盤(pán)架和橫梁前后傾側(cè)，在處于秤盤(pán)左右位置時(shí)會(huì)引起秤盤(pán)盤(pán)架的左右傾倒。為克服此缺點(diǎn)，架盤(pán)天平采取了加長(zhǎng)中刀、邊刀和加寬刀架的措施，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用了羅伯威爾(Roberval)機(jī)構(gòu)。在羅伯威爾機(jī)構(gòu)中，桿桿AB、A′B′與縱桿AA′、BB′、支柱EE′鉸鏈連接，組成兩個(gè)相等的平行四邊形AA′E′E和EE′B′B。當(dāng)大小相等的力P、P′分別作用于左右橫臂上時(shí)，對(duì)支柱來(lái)說(shuō)，即使作用的位置不對(duì)稱(chēng)，也能水平地平衡。無(wú)論AB如何傾斜，AA′、BB′都與支柱EE′平行。從EE′的左側(cè)來(lái)看，當(dāng)將與縱桿AA′的距離為d的力P作用于橫臂上時(shí)，就有一個(gè)與P大小相等、方向相同的力作用于A和A′點(diǎn);同時(shí)，有一個(gè)值為P·d的轉(zhuǎn)矩作用于縱桿AA′，從而在A點(diǎn)將杠桿拉向左側(cè)，而在A′點(diǎn)將杠桿推向右側(cè)。但由于杠桿受到EE′點(diǎn)的限制，在A、A′上將分別產(chǎn)生大小相等、方向相反的反作用力f、f′，從而形成一個(gè)與P·d相等的反向轉(zhuǎn)矩f·s(f′·s)，結(jié)果P·d轉(zhuǎn)矩被f·s(f′·s)所平衡。最后，在A、A′上只有與P相等的力起作用，而與P在橫臂上的作用位置d無(wú)關(guān)。這種情況在EE′的右側(cè)也完全相同。用于精確度要求不高或測(cè)定物料的大致質(zhì)量，可稱(chēng)量100克、200克、500克乃至1000克;

　　分析天平(常量分析天平、微量分析天平和半微量分析天平);它是傳感技術(shù)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和微處理器技術(shù)發(fā)展的綜合產(chǎn)物，具有自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)顯示、去皮重、自動(dòng)數(shù)據(jù)輸出、自動(dòng)故障尋跡、超載保護(hù)等多種功能。電子天平通常使用電磁力傳感器(見(jiàn)稱(chēng)重傳感器)，組成一個(gè)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好。當(dāng)秤盤(pán)上加上被稱(chēng)物時(shí)，傳感器的位置檢測(cè)器信號(hào)發(fā)生變化，并通過(guò)放大器反饋使傳感器線圈中的電流增大，該電流在恒定磁場(chǎng)中產(chǎn)生一個(gè)反饋力與所加載荷相平衡;同時(shí)，該電流在測(cè)量電阻Rm上的電壓值通過(guò)濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送入微處理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后由顯示器自動(dòng)顯示出被稱(chēng)物質(zhì)量數(shù)值。

　　電光天平，設(shè)有空氣阻尼裝置或電磁阻尼裝置，使天平既具有高靈敏度又能迅速阻止橫梁的搖動(dòng)，電光天平從外觀上看不見(jiàn)砝碼，能看到放置要測(cè)物的稱(chēng)盤(pán)，砝碼的加減用旋轉(zhuǎn)刻度盤(pán)操作，稱(chēng)量的數(shù)值可通過(guò)投影刻度標(biāo)尺直接讀出。

　　隨著科技的發(fā)展及客戶的需求延伸出了新的具有特殊用途的天平即比較器、快速水份測(cè)定儀、移液管校準(zhǔn)工作站、軟件、砝碼、配件、天平和臺(tái)秤的日常測(cè)試、利用天平進(jìn)行密度測(cè)定、差重稱(chēng)量、動(dòng)態(tài)稱(chēng)量、濾紙稱(chēng)量、配方、質(zhì)量比較;高分辨率稱(chēng)量、聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信、移液器校準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)室中的精密及分析稱(chēng)量、統(tǒng)計(jì)過(guò)程和質(zhì)量控制、防爆區(qū)域稱(chēng)重應(yīng)用、間隔稱(chēng)量。