天平的分類、使用方法和注意事項

天平的分類、使用方法和留意事項天平的分類、使用方法和留意事項天平的分類有狹義和廣義之分。狹義的天平專指雙盤等臂機械天平，是利用等臂杠桿平衡原理，將被測物與相應(yīng)砝碼比較衡量，從而確定被測物質(zhì)量的一種衡器。廣義的天平則包括雙盤等臂機械天平、單盤不等臂3雙盤等臂機械天平一般按構(gòu)造分為一般標(biāo)牌天平、微分標(biāo)牌天平和架盤天平3種。也可按用途分為檢定天平、分析天平、周密天平和4檢定天平是計量部門、商檢部門或有關(guān)部門或工廠特地用來檢查或校準(zhǔn)砝碼的天平。分析天平是用于化學(xué)分析和物質(zhì)準(zhǔn)確衡量的高準(zhǔn)確度天平。在大多數(shù)狀況下，這類天平的最小分度值都小于最大稱量的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(3～30g0.1~1g)和超微量天平(3～5g0.1g周密天平廣泛應(yīng)用于各種物質(zhì)的周密衡量，其最小分度值通常為10-5～10-4。一般天平用作物質(zhì)的一般衡量。最小分度值等于或大于最大稱量10-4。天平進展的歷史在化學(xué)試驗中較早使用天平的有英國化學(xué)家布萊克，他和工作于18世紀(jì)，那個時候，正是化學(xué)中不斷覺察氣體、并開頭建立理論的時期。布萊克在化學(xué)爭論中格外重視試驗，而且是第一個應(yīng)用定量的方法爭論氣體的人，定量爭論需要稱量，而稱量離不開天平。歷史資料說明，布萊克確實使用了天平，他用過的天平至今仍保存在丁堡皇家博物館中，以下圖即是布萊克用過的天平。用繩子掛著稱盤，橫梁又掛在另一個稱鉤上。布萊克正是用這個天平進展化學(xué)試驗爭論，而且做出了覺察的，這個天平的使用，不僅在化學(xué)試驗中建立了定量方法，而且對天平的進一步進展、改進，也是重要的。布萊克之后，英國化學(xué)家亨利·卡文迪許也進展過周密的定量試驗，據(jù)說還曾設(shè)計制造過天平，由于卡文迪許本人的生平資料不詳，很難精準(zhǔn)知道他是何時和如何設(shè)計、制造天平的。后來，卡文迪許用過的天平曾在皇家科學(xué)院展覽。這架天平放在柜內(nèi)，天平的式樣從外面看不太清楚，見以下圖：18世紀(jì)的法國，天平比較普及，有很多小店鋪就出售天平。我們在以下圖看到的是18世紀(jì)的法國天平的式樣，或許是當(dāng)時天平中的一種式樣。世紀(jì)末英國也已經(jīng)制造出了一種天平，橫梁中心嵌上一個鋼質(zhì)的刀口。把它放在瑪瑙盤中，大大提高了周密度和靈敏度。當(dāng)時消滅了一些天平設(shè)計家和制造家，不過，據(jù)說天平的價格比較貴，而且要先預(yù)定，不像法國，天平雖不那么周密，但比較簡潔買到。以下圖展現(xiàn)的是一個費德勒的人為皇家學(xué)會制造的一架天平，曾在倫敦科學(xué)博物館展出。在英國，使用天平的不限于化學(xué)家和科學(xué)家，一般醫(yī)藥商店也常用天平，化學(xué)原子論的提出者道爾頓，在科學(xué)爭論中常常使用天平，由于道爾頓在化學(xué)史上的重要地位和他在英國科學(xué)界的影響，使他成了著名人物，成了著名化學(xué)家，他使用過的天平據(jù)說也成了非凡之物，后來為英國曼徹斯特文學(xué)和哲學(xué)會全部，并為該會保藏。道爾頓曾經(jīng)是這個學(xué)會的會員。世紀(jì)20年月，倫敦有一位儀器設(shè)計家叫羅賓遜，他開頭設(shè)計和制造分析天平，不僅英國，就連美國在一個時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〔前面介紹托盤你天尋常，在圖中橫梁上標(biāo)有刻度和游碼〕，到底誰是這種天平的制造人有不同說法，也存在爭議。可是1851年在倫敦召開了一次國際博覽會，英國和歐洲大陸國家的一些主要天平制造商都參與了，經(jīng)博覽會審查團審議，最終把最高獎獎給了奧耶領(lǐng)，以表彰他在有刻度橫梁和滑動裝置〔即游碼〕天平的制造上所做的奉獻，由此看來，奧耶領(lǐng)的制造權(quán)得到了國際上確實認(rèn)。在很長時期里，天平制造業(yè)中流行一種理論，認(rèn)為天平的橫梁越長天平越靈敏。但是有一個叫波爾·邦格的人卻不受這種理論的限制，1866年，他設(shè)計、制造了一架短橫梁分析天平的改進，除了橫梁、接觸點、游碼、刻度等方面以外，還表現(xiàn)在其它方面，例如，19世紀(jì)前半期，已經(jīng)消滅了旋鈕天平。旋鈕天平有優(yōu)點呢？原來，早期的天平，橫梁架在豎直的柱上，用時和不用時都是一樣的。后來分析天平消滅了，分析天平的刀口用瑪瑙制成，為了削減刀口的損傷，不用天尋常，將天平橫梁架在一個架子上，讓刀口不再受力，用時再將刀口架在支撐碗上。這些都是通過旋紐裝置掌握的。現(xiàn)代分析天平都有旋紐裝置。1833隨著科學(xué)的進展、技術(shù)的進步，天平的設(shè)計和制造不斷取得長足的進展。正是經(jīng)過一代一代人的不懈努力，經(jīng)過技術(shù)的積存和提高，才有了今日的各式各樣的現(xiàn)代天平。如今，在化學(xué)試驗室中，常用的天平有：托盤天平，正如前面講過的，用于準(zhǔn)確度要求不高或測定物料的大致質(zhì)量，可稱量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〕；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快速阻擋橫梁的搖動，電光天平從外觀上看不見砝碼，能看到放置要測物的稱盤，砝碼的加減用旋轉(zhuǎn)刻度盤操作，稱量的數(shù)值可通過投影刻度標(biāo)尺直接讀出。特別天平微分標(biāo)牌天平構(gòu)造與一般標(biāo)牌天平相像，不同的是：①橫梁指針下端裝有微分刻度牌。②立柱下端裝有用以放大并在投影屏上顯示微分讀數(shù)值的電光系統(tǒng)。③吊掛系統(tǒng)增加了套筒式空氣阻尼器，稱量時能使橫梁快速停頓搖擺，便于定點準(zhǔn)確讀數(shù)。④在天平外框罩上裝有凸輪杠桿式或其他形式的部重量程機械加碼〔一般為10～999mg〕或全量程機械加碼裝置，以代替人工加碼。微分標(biāo)牌天平的最小分度值一般都在0.1mg架盤天平一種雙托盤天平。秤盤安放在橫梁兩邊刀上方的盤架上，秤盤和托盤架重心高于橫梁支點。砝碼或被稱物在處于秤盤前后位置時會引起秤盤盤架和橫梁前后傾側(cè)，在處于秤盤左右位置時會引起秤盤盤架的左右傾倒。為抑制此缺點，架盤天平實行了加長中刀、邊刀和加寬刀架的措施，并在構(gòu)造設(shè)計上承受了羅伯威爾〔Roberval〕機構(gòu)。在羅伯威爾機構(gòu)中，桿桿AB、A′B′與縱桿AA′、BB′、支柱EE′鉸鏈連接，組成兩個相等的平行四邊形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，對支柱來說，即使作用的位置不對稱，也能水平地平衡。無論AB如何傾斜，AA′、BB′都與支柱EE′平行。從EE′的左側(cè)來看，當(dāng)將與縱桿AA′的距離為d的力P作用于橫臂上時，就有一個與P大小相等、方向一樣的力作用于A和A′點;同時，有一個值為P·d的轉(zhuǎn)矩作用于縱桿AA′，從而在A點將杠桿拉向左側(cè)，而在A′點將杠桿推向右側(cè)。但由于杠桿受到EE′點的限制，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。最終，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無關(guān)。這EE′的右側(cè)也完全一樣。阻力天平在梁上掛上特地的阻力盒使天平的搖擺能快速停頓.單盤不等臂機械天平也是以杠桿平衡原理設(shè)計的。工作時，在加上被衡量物體后，減去懸掛系統(tǒng)上的砝碼，使橫梁始終保持全載平衡狀態(tài)。所減砝碼質(zhì)量加上微分度牌讀數(shù)值，就是被衡量物體的質(zhì)量。電光阻力天平利用游標(biāo)原理,能比較準(zhǔn)確地讀出指針的位置上皿天平秤盤在上側(cè)靈敏度較低.電子天平它是傳感技術(shù)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和微處理器技術(shù)進展的綜合產(chǎn)物，具有自動校準(zhǔn)、自動顯示、去皮重、自動數(shù)據(jù)輸出、自動故障尋跡、超載保護等多種功能。電子天平通常使用電磁力傳感器(見稱重傳感器)，組成一個閉環(huán)自動調(diào)整系統(tǒng)，準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好。電子天平的工作原理如圖5所示。當(dāng)秤盤上加上被稱物時，傳感器的位置檢測器信號發(fā)生變化，并通過放大器反響使傳感器線圈中的電流增大，該電流在恒定磁場中產(chǎn)生一個反響力與所加載荷相平衡；同時，該電流在測量電阻Rm上的電壓值通過濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送入微處理器，進展數(shù)據(jù)處理，最終由顯示器自動顯示出被稱物質(zhì)量數(shù)值。使用方法要放置在水平的地方。游碼要歸零。調(diào)整平衡螺母(天平兩端的螺母)調(diào)整零點直至指針對準(zhǔn)中心刻度線。左托盤放稱量物，右托盤放砝碼〔左物右碼〕。依據(jù)稱量物的性狀應(yīng)放在玻璃器皿或干凈的紙上，事先應(yīng)在同一天平上稱得玻璃器皿或紙片的質(zhì)量，然后稱量待稱物質(zhì)。添加砝碼從估量稱量物的最大值加起，逐步減小。托盤天平只能稱準(zhǔn)到0.1克。加減砝碼并移動標(biāo)尺上的游碼，直至指針再次對準(zhǔn)中心刻度線。過冷過熱的物體不行放在天平上稱量。應(yīng)先在枯燥器內(nèi)放置至室溫后再稱〔或在特別器皿中稱量〕。6.物體的質(zhì)量=砝碼重量+游碼所顯示的度數(shù)取用砝碼必需用鑷子輕拿輕放，取下的砝碼應(yīng)放在砝碼盒中，稱量完畢，應(yīng)把游碼移回零點。稱量枯燥的固體藥品時，應(yīng)在兩個托盤上各放一張一樣質(zhì)量的紙，然后把藥品放在紙上稱量。易潮解的藥品，必需放在玻璃器皿上〔如：小燒杯、外表皿〕里稱量。砝碼假設(shè)生銹，測量結(jié)果偏?。豁来a假設(shè)磨損，測量結(jié)果偏大。使用留意事先把游碼移至零刻度線，并調(diào)整平衡螺母，調(diào)整平衡螺母時最好用鑷子，使天平左右平衡。右放砝碼，左放物體。砝碼不能用手拿，要用鑷子夾取。在使用天尋常游碼也不能用手移動。過冷過熱的物體不行放在天平上稱量。應(yīng)先在枯燥器內(nèi)放置至室溫后再稱。加砝碼應(yīng)當(dāng)從大到小，可以節(jié)約時間。在稱量過程中，不行再碰平衡螺母。根本原理天平是試驗室中常用的儀器。天平是一種衡器，是衡量物體質(zhì)量的儀器。它依據(jù)杠桿原理制成，在杠桿的兩端各有一小盤，一端放砝碼，另一端放要稱的物體，杠桿中心裝有指針，兩端平衡時，兩端的質(zhì)量〔重量〕相等。這些道理對學(xué)過物理學(xué)的人來說已經(jīng)是老生常談了。現(xiàn)代的天平，越來越周密，越來越靈敏，種類也越來越多。我們都知道，有一般天平、分析天平，有常量分析天平、微量分析天平、半微量分析天平，等等。須知，天平不是一下子就進展成今日這個樣子的，它還有一段進展史呢！天平的制造很早。在埃及尼羅河三角洲盛產(chǎn)一種水生，很像我國多水地區(qū)生長的蘆葦，將其莖逐層剝離撕成薄片，可以寫字，這種東西叫做紙草。很多歐洲國家的文字中的紙就是從紙草的拉丁文演化而來的。用紙草寫成的書是紙草書，它成為古代埃及重要的歷史文獻。我們?nèi)缃裰赖墓虐＜暗臓顩r，特別是科學(xué)技術(shù)的歷史進展?fàn)顩r，很多都是來源于紙草書上的記載。固然，紙草書上的文字不是現(xiàn)代文字，而是一種象形文字，經(jīng)過很多專家的爭論才讀懂了那種文字。據(jù)紙草書的記載，早在公元前1500多年，埃及人就已經(jīng)使用天平了，還有人說，這一時間還要早，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`雛型。以下圖畫的就是古代埃及人使用的天平。從圖可見，這種天平是用一根豎棍中間鉆個孔，橫穿一根棍兒，在棍的兩端各用繩子掛上一個盤子。這種天平使用了很長時間，直到大約公元前500年，羅馬的“桿稱”才消滅，桿稱靠移動稱砣的位置來保持與被稱物品重量的平衡，實際上是將天平的一端〔放砝碼端〕由固定式變成活動式，其好處是只要配上一個稱砣就可以了，而天平的砝碼要好幾個。桿稱也是用繩子吊一個盤子，再用繩子吊一個稱砣，除一端可活動外，根本形式與天平一樣。人們在使用天平和桿稱過程中，感到用繩子吊一個盤子是一件很麻煩的事，使用起來很不便利。于是，有人想去掉這厭煩的繩子，17世紀(jì)中葉，法國數(shù)學(xué)家洛貝爾巴爾制造了搖擺托盤天平，托盤天平的制造被認(rèn)為是對古老的吊式天平的重大改進，至今，托盤天平仍在被廣泛使用。以下圖畫的是試驗室中常見的一種托盤天平，比17世紀(jì)的托盤天平有了很大改進。圖中1是天平橫梁，兩端各支撐一個稱盤2。這兩局部構(gòu)成了托盤天平的骨架，表達了托盤天平的根本設(shè)計原理，見下面的示意圖：當(dāng)橫梁1平衡時，力矩相等，F(xiàn)1L1=F2L2，F(xiàn)1=m1g，F(xiàn)2=m2g，L1=L2，∴m1gL1=m2gL2，m1=m2，這就是說，由砝碼的質(zhì)量可知被稱量物的質(zhì)量。以下圖中6為指針，7是刻度盤，指針正對準(zhǔn)刻度盤中心表示兩端到達平衡，4為游碼標(biāo)尺，8是游碼，5是調(diào)零螺母。與天平配套的還有砝碼。應(yīng)當(dāng)指出，托盤天平的制造并沒有使吊式天平退出歷史舞臺，相反，吊式天平不僅為人們連續(xù)使用，特別是科學(xué)家們?nèi)赃B續(xù)使用著，而且在使用中不斷改進，現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的周密天平大都是吊式的，而托盤天平在日常生產(chǎn)和生活中用的較多，在科學(xué)試驗中大多在準(zhǔn)確性要求不太高的稱量中使用?，F(xiàn)代天平——托盤天平定義天平用于稱量物體質(zhì)量，狹義上也叫托盤天平〔試驗室中多用托盤天平〕。常用的準(zhǔn)確度不高的天平，由托盤、指針、橫梁、標(biāo)尺、游碼、0.10.2一種衡器。由支點(軸)在梁的中心支著天平梁而形成兩個臂每個臂上掛著一個盤，其中一個盤里放著重量的物體另一個盤里放待稱重的物體，固定在梁上的指針不搖擺且指向正中刻度時的偏轉(zhuǎn)就是待稱重物體的重量。使用留意事項要放置在水平的地方。使用前要使天平左右平衡〔游碼必需歸“0”平衡螺母向相反方向調(diào)，使用口訣：左高端，向左調(diào)〕。砝碼不能用手拿要用鑷子夾取.千萬不能把砝碼弄濕、弄臟〔這樣會讓砝碼腐蝕生銹，砝碼質(zhì)量變大，測量結(jié)果不準(zhǔn)確〕，游碼也要用鑷子撥動。被測物體的質(zhì)量不能超過天平量程或低于天平游碼最小刻度。潮濕的物體和化學(xué)藥品不能直接放在天平的盤中。稱量時留意左物右碼〔游碼示值以左邊對齊刻度線為準(zhǔn)〕。稱量后要把游碼歸零，砝碼用鑷子放回砝碼盒。天平的組成一般標(biāo)牌天平主要由立柱、橫梁、吊掛系統(tǒng)、底座和制動裝置組成。立柱垂直固定在底座上，用以支撐橫梁。立柱下部裝有分度牌，頂部裝有托架，在天平不工作時支托橫梁。在橫梁中部裝有一把中刀。天平工作時，中刀擱置在與升降桿頂端連接的刀承上，作為支點。中刀兩邊裝有兩把邊刀，分別作為重點和力點，起承受和傳遞載荷的作用。中刀下橫梁底面裝有指針，指針上固定有可上下移動以調(diào)整橫梁重心位置的重心砣，它起調(diào)成天平靈敏度的作用。橫梁頂部刻有分度標(biāo)尺，標(biāo)尺上有一移動游碼。橫梁兩端還裝有可調(diào)成天平空載平衡位置的平衡螺母。吊掛系統(tǒng)包括小吊環(huán)，掛盤架和秤盤。掛盤架吊掛在小吊環(huán)吊鉤上，兩把邊刀分別通過小吊環(huán)承受秤盤砝碼和被稱物的重力。底座裝有兩個調(diào)成天平水平的螺旋調(diào)整腳，底座上面還安置有水準(zhǔn)器以顯示天平水平度。調(diào)整水平是為避開天平不水平而產(chǎn)生稱量誤差。制動裝置主要由開關(guān)旋鈕、開關(guān)軸和偏心凸輪〔或連桿〕組成。轉(zhuǎn)動旋鈕使凸輪〔或偏心連桿〕偏轉(zhuǎn)肯定角度，即可使立柱中的升降桿上下移動，通