機(jī)械天平變動(dòng)性產(chǎn)生的原因及排除方法

張海華

新疆哈密市質(zhì)量與計(jì)量檢測所 新疆哈密 839000

所謂的變動(dòng)性，就是每次開啟天平后的靜止點(diǎn)均不在一個(gè)平衡位置上。天平變動(dòng)性較好，就是多次開啟天平，平衡位置仍然不變。天平變動(dòng)性產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，精度越高的天平，越容易出現(xiàn)變動(dòng)性。天平變動(dòng)性產(chǎn)生的原因主要有以下幾個(gè)方面：

1 天平本身引起的變動(dòng)性

1.1 刀口鈍化

刀口是橫梁的核心，刀口不直，有凹凸、崩缺現(xiàn)象，則天平往往會(huì)出現(xiàn)變動(dòng)性。是否由刀口鈍化造成，可以直接檢查刀口，開啟天平，待平衡靜止后，在左盤或右盤加一個(gè)相當(dāng)于標(biāo)牌全量的砝碼，當(dāng)指針產(chǎn)生大的偏斜后，立即撤去，可用機(jī)械加碼比較方便[1]。如果標(biāo)牌不能從偏斜方向回到原平衡位置，而又沒有碰掛或阻擋時(shí)，一般有兩種可能性，一是三刀口不平行，若已排除三刀不平行現(xiàn)象，則可判定為刀口鈍化所致?；蛘邔?duì)光檢查刀口是否有凹凸不平或裂紋，在實(shí)際中最簡單有效的辦法是用手指甲劃過刀口，看有無鈍化。

1.2 三刀口不平行產(chǎn)生變動(dòng)性

三刀口不平行，使得每次作用產(chǎn)生的力矩不等，得到的各次不同的平衡位置而呈現(xiàn)變動(dòng)性。

1.3 由于刀子松動(dòng)產(chǎn)生變動(dòng)性

如果刀子粘接不牢固，使刀子發(fā)生松動(dòng)，會(huì)使天平產(chǎn)生變動(dòng)性，可將刀口粘接固定，并重新調(diào)整計(jì)量性能。

1.4 由于天平穩(wěn)定性較差引起的變動(dòng)性

穩(wěn)定性不好的天平，必然出現(xiàn)變動(dòng)性，越不穩(wěn)定的天平變動(dòng)性越大。對(duì)于這種原因?qū)е碌淖儎?dòng)性，排除的辦法，只有降低天平的靈敏度以增加穩(wěn)定性。

1.5 由于天平底座不水平引起變動(dòng)性

天平底座若不水平，則天平各部件間按底座水平狀態(tài)調(diào)整好的配合失調(diào)，容易導(dǎo)致變動(dòng)性，嚴(yán)重時(shí)甚至天平不能運(yùn)行，因此，保證天平底座水平是減少引起變動(dòng)性的因素之一。

2 由于外界因素引起的變動(dòng)性

外界環(huán)境對(duì)于天平變動(dòng)性的影響很大。越精密的天平，對(duì)外界環(huán)境要求越嚴(yán)格。

2.1 震動(dòng)的影響

震動(dòng)有強(qiáng)有弱，但對(duì)天平示值變動(dòng)性都有影響。越精密的天平，防震要求越嚴(yán)格。如果天平室臨近馬路，建筑物墻壁上裝有通風(fēng)設(shè)備或?qū)⑻炱绞以O(shè)在二樓以上等，都會(huì)使天平呈現(xiàn)出變動(dòng)性。嚴(yán)重的甚至在天平啟動(dòng)后，指針擺動(dòng)不已，震顫不停，無法讀數(shù)。而且由于震動(dòng)的原因會(huì)加速天平刀口的磨損，大大降低天平的使用壽命。因此，震動(dòng)對(duì)于天平，尤其是精密天平危害大，應(yīng)予以避免。

2.2 溫度的影響

精密天平對(duì)于溫度的要求比較嚴(yán)格。如果天平室溫度不穩(wěn)定，處于變化之中，天平橫梁兩臂長也就在變化之中，而且室內(nèi)各部分溫度不可能完全一致，兩臂不會(huì)完全等量地變化。也就是說臂差處在隨溫度變化而變化之中，同時(shí)橫梁重心，三刀的位置關(guān)系也隨之變化。因此，在同樣載荷下，示值必然隨之變化不定。所以，天平室要求溫度相對(duì)均勻穩(wěn)定，對(duì)于三級(jí)以上特別是微量天平要求恒溫在18℃-26℃，每小時(shí)波動(dòng)不超過0.5℃。如果室溫較低或過高，或者室內(nèi)溫度很不均勻，天平出現(xiàn)變動(dòng)性，應(yīng)首先考慮溫度的影響。

2.3 濕度的影響

如果濕度較高，當(dāng)稱量在天平秤盤上放置較干燥的物體時(shí)，秤盤上的水汽則“轉(zhuǎn)移”到該物體上而被帶走，使秤盤減輕重量，零點(diǎn)發(fā)生變化，出現(xiàn)變動(dòng)性。這一變動(dòng)性有時(shí)是很大的，但由于因濕度造成的變動(dòng)性，待一段時(shí)間天平內(nèi)濕度平衡后，天平又會(huì)恢復(fù)原來的零點(diǎn)。

濕度過大，會(huì)使天平銹蝕甚至失靈，因此，在天平維護(hù)、保養(yǎng)和使用中，要保持天平的相對(duì)干燥。除避免放置在潮濕環(huán)境外，一般要在天平內(nèi)放固體干燥劑。

2.4 氣流的影響

一般化驗(yàn)室在大風(fēng)天氣，如果天平室密封不好，有氣流沖擊，會(huì)感到天平不停點(diǎn)。應(yīng)修整天平框罩，改善環(huán)境。

2.5 灰塵的影響

天平應(yīng)保持清潔，定時(shí)清掃，若天平不清潔，會(huì)出現(xiàn)變動(dòng)性，主要有以下三方面：

（1）刀口和刀承不清潔，附著灰塵，會(huì)增加它們之間的阻力，不能正常運(yùn)行而出現(xiàn)變動(dòng)性。

（2）各部件間因附著灰塵等而產(chǎn)生摩擦，各傳動(dòng)部分因灰塵也會(huì)不靈活，產(chǎn)生示值改變出現(xiàn)變動(dòng)性。

（3）由于天平不清潔，在稱量過程中，橫梁、阻尼器、秤盤等上面的灰塵會(huì)造成示值改變，呈現(xiàn)變動(dòng)性。

3 由于操作使用不當(dāng)出現(xiàn)的變動(dòng)性

（1）對(duì)于指針擺動(dòng)性天平，由于指針與標(biāo)牌之間有一定距離，若計(jì)量人員對(duì)指針的視線角度不同，對(duì)同一指針位置在標(biāo)牌上反映的讀數(shù)就不一樣。如果兩次稱量結(jié)果雖然相同，但由于前后兩次視線角度的改變，其讀數(shù)不一樣，這就造成所謂視覺誤差，誤認(rèn)為是變動(dòng)性，因此，對(duì)于計(jì)量人員應(yīng)固定其觀測角度，以免造成視角誤差。

（2）對(duì)于電光阻尼式天平，計(jì)量人員在天平處于似停非停的瞬間，擺動(dòng)尚未靜止而讀數(shù)；或?qū)τ谥羔様[動(dòng)式天平，指針擺動(dòng)尚未到回轉(zhuǎn)點(diǎn)而讀數(shù)，均可造成讀數(shù)誤差。雖然天平在相同載荷下兩次平衡位置都相同，但兩次或其中一次，對(duì)其平衡位置記值不正確，得到兩個(gè)不同的平衡位置，誤認(rèn)為變動(dòng)性。因此，對(duì)于阻尼天平，一定要待指針靜止。對(duì)于擺動(dòng)式天平，要待指針到回轉(zhuǎn)點(diǎn)方向讀數(shù)，不要匆忙讀數(shù)。

（3）因被稱量物品處理不當(dāng)引起變動(dòng)性。

①被稱物過于干燥引起變動(dòng)性。天平內(nèi)雖然放置有干燥劑，但天平內(nèi)相對(duì)于干燥箱內(nèi)或高溫爐內(nèi)濕度要大得多。若放在天平內(nèi)稱量，那么由于秤盤濕度大于燒杯、坩堝的濕度，秤盤上的水汽則被吸走，而減輕重量，分度值為0.1mg的天平就能明顯反映出零點(diǎn)的變化。但當(dāng)關(guān)閉天平，待兩秤盤濕度平衡以后，天平又會(huì)恢復(fù)到或接近原來的零點(diǎn)。若用濕度較高的物品在干燥的天平上稱量，也會(huì)因秤盤“吸潮”出現(xiàn)變動(dòng)性。

如果出現(xiàn)上述情況，在處理稱量結(jié)果時(shí)，是按稱量前對(duì)的“零點(diǎn)”，還是按稱量后的“零點(diǎn)”，或取其平均值來計(jì)算呢，顯然，應(yīng)以稱量前的“零點(diǎn)”作為零點(diǎn)計(jì)算。若再繼續(xù)稱量，應(yīng)待兩秤盤濕度平衡后，重新調(diào)整零點(diǎn)，以新零點(diǎn)為零點(diǎn)。

②被稱物的溫度與天平內(nèi)溫度不一致引起的變動(dòng)性。若被稱物的溫度高于或低于天平內(nèi)的溫度時(shí)，將其放到天平內(nèi)，必然要引起這一側(cè)溫度變化和波動(dòng)，使天平出現(xiàn)變動(dòng)性。因此，在稱量時(shí)，對(duì)于精密天平，要使被稱物與天平等溫、等濕。

③易揮發(fā)被稱物未密閉引起變動(dòng)性。如果被稱物是易揮發(fā)物而未密閉，使稱量物體不斷揮發(fā)而減輕質(zhì)量，在精密天平上呈現(xiàn)示值不定，指針不停點(diǎn)。因此，對(duì)于易揮發(fā)物應(yīng)密閉稱量。

④靜電引起變動(dòng)性。若在稱量前，用干燥的綢布之類擦拭干燥的燒杯等容器容易使之帶電，將這樣的被稱物放進(jìn)秤盤，會(huì)因靜電效應(yīng)而使天平擺動(dòng)不正常出現(xiàn)變動(dòng)性，尤其是對(duì)于高精度天平，這種現(xiàn)象更為顯著。因此，對(duì)于易摩擦帶電的被稱物，不宜在稱量前擦拭，擦拭后放置一段時(shí)間，使之可能的帶電釋放完畢再稱量。

⑤由于天平不清潔，稱量時(shí)帶走了盤中的灰塵或帶進(jìn)灰塵，或遺留微量被稱物，改變原來兩秤盤的重量而發(fā)生零點(diǎn)的示值改變，呈現(xiàn)變動(dòng)性。因此，操作時(shí)務(wù)必保持清潔，細(xì)心[2]。

對(duì)于精密天平，計(jì)量人員將手直接接觸秤盤，使手上的汗液黏附在上面，或啟動(dòng)太快等等原因也會(huì)使天平出現(xiàn)變動(dòng)性。

以上對(duì)于天平示值變動(dòng)性的原因及排除方法的介紹，并非完全的。對(duì)不同的天平，需要長期實(shí)踐中摸索經(jīng)驗(yàn)，逐步做到對(duì)天平變動(dòng)性原因有一個(gè)較全面的認(rèn)識(shí)。當(dāng)天平出現(xiàn)變動(dòng)性時(shí)，要耐心、細(xì)致地進(jìn)行觀察、分析采取正確的方法處置。