如何提高機械天平計量準確性的研究

宋世棟

煙臺市計量所 山東煙臺 264000

1 機械天平計量準確性的重要意義及應(yīng)用情況

天平按照其構(gòu)造可以分為機械天平與電子天平兩類；機械天平又可分為杠桿式等臂天平與杠桿式不等臂天平兩類。例如，上海天平儀器廠制造的TG328A光學(xué)分析天平，設(shè)有全機械加碼裝置，并且還有光學(xué)投影機構(gòu)，可以讀出0.1-l0mg范圍內(nèi)的質(zhì)量數(shù)值；這種天平如今依然廣泛的應(yīng)用在科研機構(gòu)、工礦企業(yè)、高等院校，以及很多醫(yī)藥衛(wèi)生單位的化驗室或者實驗室，都利用這種天平來進行精密橫梁分析；由于等臂雙盤天平的結(jié)構(gòu)和原理存在一些不可克服的缺點，因此越來越多的用戶選擇使用單盤天平?？傊瑱C械天平在我國的應(yīng)用還是非常廣泛的[1]。

2 機械天平計量性能影響因素

2.1 溫度對機械天平計量性能的影響

機械天平測量的基本原理是杠桿原理，如果室內(nèi)環(huán)境溫度控制不嚴格會造成天平的測量零部件出現(xiàn)熱脹或冷縮的現(xiàn)象，使天平不能準確的反映被測物質(zhì)的質(zhì)量。例如：在實驗室內(nèi)對同一臺稱量為200g、精度為0.1mg的精密機械天平，使用中全稱量天平的分度靈敏度是在秤盤上加放10mg標準小砝碼進行檢定，首先，室溫設(shè)定為30℃后平衡2小時進行檢定，天平移動100個分度；然后，將室溫設(shè)定為20℃后平衡2小時進行檢定，檢定結(jié)果變?yōu)樘炱揭苿?02個分度。這是因為天平零部件和裝配螺釘?shù)乃删o程度受到熱脹冷縮現(xiàn)象影響發(fā)生變化，三把刀的位置也會發(fā)生微量位移造成橫梁重心移動，使得天平的靈敏度產(chǎn)生變化。此外，天平的環(huán)境濕度最好控制在70%以內(nèi)，潮濕的環(huán)境有可能導(dǎo)致天平的砝碼發(fā)生銹蝕或使顯示屏幕起霧。

2.2 結(jié)構(gòu)因素

機械天平的主要原理為杠桿原理，要保證受力點和支撐點的相對平衡，這樣才能保障機械天平的穩(wěn)定性和計量的準確性。一般的機械天平都有兩個受力點和支撐點，兩個受力點和支撐點要保障平衡，這樣才能夠保證計量結(jié)果的準確性，如果受力點和支撐點不平穩(wěn)，天平的穩(wěn)定性就不能保證，從而影響機械天平的計量結(jié)果，使機械天平的計量性能受損。

3 影響機械天平計量性能原因分析和處理辦法

3.1 影響機械天平穩(wěn)定性的主要因素及處理辦法

機械天平的穩(wěn)定性是影響機械天平計量性能的重要因素，在日常的生產(chǎn)生活中，一定要加以關(guān)注，影響機械天平穩(wěn)定性的因素主要有兩個方面，一個是天平指針的長短，在進行機械天平設(shè)計時，應(yīng)考慮天平的主要功用，根據(jù)具體使用方向設(shè)計指針的長短，使其符合計量的基本需求，在計量過程中，若發(fā)現(xiàn)因指針的長短而影響了計量結(jié)果的準確性，要及時進行調(diào)整，保證計量工作的準確、順利進行。二是杠桿重心的位置，杠桿重心位置的過高或過低都會導(dǎo)致機械天平的穩(wěn)定性不佳，杠桿的重心不可與支點重合，若出現(xiàn)重合現(xiàn)象，應(yīng)及時調(diào)整，確保穩(wěn)定性，在日常的檢修過程中，應(yīng)該經(jīng)常關(guān)注機械天平的性能，檢查是否存在指針以及重心方面的問題，保障機械天平的穩(wěn)定性能良好，以確保計量工作的順利進行。

3.2 影響機械天平準確性的主要因素及處理辦法

重心的穩(wěn)定會對機械天平的平穩(wěn)度和精準度造成一定的影響，重心太高的話，很有可能會出現(xiàn)計量的結(jié)果太高，或者太低，正常情況下我們需要采用天平上的螺絲來調(diào)整天平的精準度。雖然環(huán)境因素會對機械天平有影響，但是這種影響是人為可以控制的，保證天平不受到水的腐蝕，或者空氣的化學(xué)物質(zhì)影響。最好我們可以把機械天平放在一個不易腐蝕，通風(fēng)的地方，這樣會對天平的器件進行一個良好的保護。機械人員需要根據(jù)天平的準確性進行調(diào)節(jié)，適當(dāng)進行保障和修理，如果天平出現(xiàn)了一些缺陷或者零件受損，需要及時更換零件，嚴重的可以往返廠家進行維修。另外在稱量的時候需要把機械天平放在臺面比較平穩(wěn)的地方進行稱量，這樣機械天平稱量的精準度會更精準一些[2]。

3.3 機械天平不等臂故障的調(diào)修

機械天平不等臂誤差是JJG98-2006《機械天平檢定規(guī)程》的一項重要計量指標，新生產(chǎn)和修理后的不等臂誤差應(yīng)≤±3分度，使用中的不等臂誤差應(yīng)±9分度。不等臂誤差與載荷有關(guān)，載荷越大不等臂誤差越大，反之載荷越小不等臂誤差越小。不等臂誤差的產(chǎn)生原因很多：溫度變化造成受熱不均、螺絲不緊固、橫梁材質(zhì)差以及強度不高等。天平室應(yīng)保持恒溫狀態(tài)，從而避免稱量過程中單臂受熱或受熱不均造成兩臂的長度不相等。

橫梁的材質(zhì)應(yīng)選用膨脹系數(shù)小、強度高的材料制作，避免溫度變化時造成天平的膨脹程度不一樣。如果機械天平刀盒的固定螺絲上的不夠緊固，在搬運途中受震動后易改變邊刀與中刀的距離，從而造成不等臂誤差。機械天平調(diào)修三刀時也可能改變邊刀與中刀的距離，從而造成不等臂誤差。調(diào)修不等臂誤差的關(guān)鍵是調(diào)整兩邊刀盒與中刀的距離調(diào)整為一致。調(diào)修方法為：首先，松開邊刀盒的對頂螺絲，然后，再松刀盒底部左邊的升刀螺絲同時緊右邊的升刀螺絲，這樣可使刀盒稍微傾斜，從而刀子向左移動，右臂減小。調(diào)整位置合適后，再將緊固螺絲固定好。調(diào)整臂差時應(yīng)注意三刀引起的平行性與變動性變化[3]。

4 結(jié)語

天平是我們在日常的生產(chǎn)和生活當(dāng)中，最熟悉的、最常見的采用杠桿原理制造的稱重計量器具。在一般的情況下，機械天平的精度經(jīng)過調(diào)整，可以調(diào)得非常的精確；不過它在安裝調(diào)試的過程中，只有熟練掌握和經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員才可能把它調(diào)整到符合規(guī)定的要求；由于其刀口和支架比較容易造成磨損，因此可能會影響到稱量時的精準度和靈敏度，在同一個時候還會受砝碼精度的影響；還有機械天平稱量的速度會比較慢，操作、維護起來不那么方便，而且還存在造價比較高、維護費也不低、對稱量的數(shù)值處理不能自動記錄、同時維護保養(yǎng)的周期短、在管理上也不那么方便等等缺點，使其在多領(lǐng)域的應(yīng)用受到了比較大的限制。