天平的分類(lèi)、使用方法和注意事項(xiàng)

天平的分類(lèi)、使用方法和留意事項(xiàng)天平的分類(lèi)、使用方法和留意事項(xiàng)天平的分類(lèi)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3雙盤(pán)等臂機(jī)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(pán)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(jì)量部門(mén)、商檢部門(mén)或有關(guān)部門(mén)或工廠特地用來(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)準(zhǔn)確衡量的高準(zhǔn)確度天平。在大多數(shù)狀況下，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(3～30g0.1~1g)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(chēng)量10-4。天平進(jìn)展的歷史在化學(xué)試驗(yàn)中較早使用天平的有英國(guó)化學(xué)家布萊克，他和工作于18世紀(jì)，那個(gè)時(shí)候，正是化學(xué)中不斷覺(jué)察氣體、并開(kāi)頭建立理論的時(shí)期。布萊克在化學(xué)爭(zhēng)論中格外重視試驗(yàn)，而且是第一個(gè)應(yīng)用定量的方法爭(zhēng)論氣體的人，定量爭(zhēng)論需要稱(chēng)量，而稱(chēng)量離不開(kāi)天平。歷史資料說(shuō)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丁堡皇家博物館中，以下圖即是布萊克用過(guò)的天平。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)展化學(xué)試驗(yàn)爭(zhēng)論，而且做出了覺(jué)察的，這個(gè)天平的使用，不僅在化學(xué)試驗(yàn)中建立了定量方法，而且對(duì)天平的進(jìn)一步進(jìn)展、改進(jìn)，也是重要的。布萊克之后，英國(guó)化學(xué)家亨利·卡文迪許也進(jìn)展過(guò)周密的定量試驗(yàn)，據(jù)說(shuō)還曾設(shè)計(jì)制造過(guò)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(shí)和如何設(shè)計(jì)、制造天平的。后來(lái)，卡文迪許用過(guò)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(jiàn)以下圖：18世紀(jì)的法國(guó)，天平比較普及，有很多小店鋪就出售天平。我們?cè)谝韵聢D看到的是18世紀(jì)的法國(guó)天平的式樣，或許是當(dāng)時(shí)天平中的一種式樣。世紀(jì)末英國(guó)也已經(jīng)制造出了一種天平，橫梁中心嵌上一個(gè)鋼質(zhì)的刀口。把它放在瑪瑙盤(pán)中，大大提高了周密度和靈敏度。當(dāng)時(shí)消滅了一些天平設(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)，天平雖不那么周密，但比較簡(jiǎn)潔買(mǎi)到。以下圖展現(xiàn)的是一個(gè)費(fèi)德勒的人為皇家學(xué)會(huì)制造的一架天平，曾在倫敦科學(xué)博物館展出。在英國(guó)，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(zhēng)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(guó)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(guò)的天平據(jù)說(shuō)也成了非凡之物，后來(lái)為英國(guó)曼徹斯特文學(xué)和哲學(xué)會(huì)全部，并為該會(huì)保藏。道爾頓曾經(jīng)是這個(gè)學(xué)會(huì)的會(huì)員。世紀(jì)20年月，倫敦有一位儀器設(shè)計(jì)家叫羅賓遜，他開(kāi)頭設(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〔前面介紹托盤(pán)你天尋常，在圖中橫梁上標(biāo)有刻度和游碼〕，到底誰(shuí)是這種天平的制造人有不同說(shuō)法，也存在爭(zhēng)議?？墒?851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與了，經(jīng)博覽會(huì)審查團(tuán)審議，最終把最高獎(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奉獻(xiàn)，由此看來(lái)，奧耶領(lǐng)的制造權(quán)得到了國(guó)際上確實(shí)認(rèn)。在很長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)天平越靈敏。但是有一個(gè)叫波爾·邦格的人卻不受這種理論的限制，1866年，他設(shè)計(jì)、制造了一架短橫梁分析天平的改進(jìn)，除了橫梁、接觸點(diǎn)、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(diǎn)呢？原來(lái)，早期的天平，橫梁架在豎直的柱上，用時(shí)和不用時(shí)都是一樣的。后來(lái)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(gè)架子上，讓刀口不再受力，用時(shí)再將刀口架在支撐碗上。這些都是通過(guò)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(jìn)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(yàn)室中，常用的天平有：托盤(pán)天平，正如前面講過(guò)的，用于準(zhǔn)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〕；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(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。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(chēng)量時(shí)能使橫梁快速停頓搖擺，便于定點(diǎn)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(jī)械加碼〔一般為10～999mg〕或全量程機(jī)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(pán)天平一種雙托盤(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。為抑制此缺點(diǎn)，架盤(pán)天平實(shí)行了加長(zhǎng)中刀、邊刀和加寬刀架的措施，并在構(gòu)造設(shè)計(jì)上承受了羅伯威爾〔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、方向一樣的力作用于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(wú)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(pán)不等臂機(jī)械天平也是以杠桿平衡原理設(shè)計(jì)的。工作時(shí)，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(pán)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(jìn)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)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(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)放大器反響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)反響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)展數(shù)據(jù)處理，最終由顯示器自動(dòng)顯示出被稱(chēng)物質(zhì)量數(shù)值。使用方法要放置在水平的地方。游碼要?dú)w零。調(diào)整平衡螺母(天平兩端的螺母)調(diào)整零點(diǎn)直至指針對(duì)準(zhǔn)中心刻度線。左托盤(pán)放稱(chēng)量物，右托盤(pán)放砝碼〔左物右碼〕。依據(jù)稱(chēng)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(chēng)得玻璃器皿或紙片的質(zhì)量，然后稱(chēng)量待稱(chēng)物質(zhì)。添加砝碼從估量稱(chēng)量物的最大值加起，逐步減小。托盤(pán)天平只能稱(chēng)準(zhǔn)到0.1克。加減砝碼并移動(dòng)標(biāo)尺上的游碼，直至指針再次對(duì)準(zhǔn)中心刻度線。過(guò)冷過(guò)熱的物體不行放在天平上稱(chēng)量。應(yīng)先在枯燥器內(nèi)放置至室溫后再稱(chēng)〔或在特別器皿中稱(chēng)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(chēng)量完畢，應(yīng)把游碼移回零點(diǎn)。稱(chēng)量枯燥的固體藥品時(shí)，應(yīng)在兩個(gè)托盤(pán)上各放一張一樣質(zhì)量的紙，然后把藥品放在紙上稱(chēng)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(chēng)量。砝碼假設(shè)生銹，測(cè)量結(jié)果偏??；砝碼假設(shè)磨損，測(cè)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(shí)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(dòng)。過(guò)冷過(guò)熱的物體不行放在天平上稱(chēng)量。應(yīng)先在枯燥器內(nèi)放置至室溫后再稱(chēng)。加砝碼應(yīng)當(dāng)從大到小，可以節(jié)約時(shí)間。在稱(chēng)量過(guò)程中，不行再碰平衡螺母。根本原理天平是試驗(yàn)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(pán)，一端放砝碼，另一端放要稱(chēng)的物體，杠桿中心裝有指針，兩端平衡時(shí)，兩端的質(zhì)量〔重量〕相等。這些道理對(duì)學(xué)過(guò)物理學(xué)的人來(lái)說(shuō)已經(jīng)是老生常談了。現(xiàn)代的天平，越來(lái)越周密，越來(lái)越靈敏，種類(lèi)也越來(lái)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(jìn)展成今日這個(gè)樣子的，它還有一段進(jìn)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(guó)多水地區(qū)生長(zhǎng)的蘆葦，將其莖逐層剝離撕成薄片，可以寫(xiě)字，這種東西叫做紙草。很多歐洲國(guó)家的文字中的紙就是從紙草的拉丁文演化而來(lái)的。用紙草寫(xiě)成的書(shū)是紙草書(shū)，它成為古代埃及重要的歷史文獻(xiàn)。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(jìn)展?fàn)顩r，很多都是來(lái)源于紙草書(shū)上的記載。固然，紙草書(shū)上的文字不是現(xiàn)代文字，而是一種象形文字，經(jīng)過(guò)很多專(zhuān)家的爭(zhēng)論才讀懂了那種文字。據(jù)紙草書(shū)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(shuō)，這一時(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`雛型。以下圖畫(huà)的就是古代埃及人使用的天平。從圖可見(jiàn)，這種天平是用一根豎棍中間鉆個(gè)孔，橫穿一根棍兒，在棍的兩端各用繩子掛上一個(gè)盤(pán)子。這種天平使用了很長(zhǎng)時(shí)間，直到大約公元前500年，羅馬的“桿稱(chēng)”才消滅，桿稱(chēng)靠移動(dòng)稱(chēng)砣的位置來(lái)保持與被稱(chēng)物品重量的平衡，實(shí)際上是將天平的一端〔放砝碼端〕由固定式變成活動(dòng)式，其好處是只要配上一個(gè)稱(chēng)砣就可以了，而天平的砝碼要好幾個(gè)。桿稱(chēng)也是用繩子吊一個(gè)盤(pán)子，再用繩子吊一個(gè)稱(chēng)砣，除一端可活動(dòng)外，根本形式與天平一樣。人們?cè)谑褂锰炱胶蜅U稱(chēng)過(guò)程中，感到用繩子吊一個(gè)盤(pán)子是一件很麻煩的事，使用起來(lái)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(guó)數(shù)學(xué)家洛貝爾巴爾制造了搖擺托盤(pán)天平，托盤(pán)天平的制造被認(rèn)為是對(duì)古老的吊式天平的重大改進(jìn)，至今，托盤(pán)天平仍在被廣泛使用。以下圖畫(huà)的是試驗(yàn)室中常見(jiàn)的一種托盤(pán)天平，比17世紀(jì)的托盤(pán)天平有了很大改進(jìn)。圖中1是天平橫梁，兩端各支撐一個(gè)稱(chēng)盤(pán)2。這兩局部構(gòu)成了托盤(pán)天平的骨架，表達(dá)了托盤(pán)天平的根本設(shè)計(jì)原理，見(jiàn)下面的示意圖：當(dāng)橫梁1平衡時(shí)，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(shuō)，由砝碼的質(zhì)量可知被稱(chēng)量物的質(zhì)量。以下圖中6為指針，7是刻度盤(pán)，指針正對(duì)準(zhǔn)刻度盤(pán)中心表示兩端到達(dá)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(pán)天平的制造并沒(méi)有使吊式天平退出歷史舞臺(tái)，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(jìn)，現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的周密天平大都是吊式的，而托盤(pán)天平在日常生產(chǎn)和生活中用的較多，在科學(xué)試驗(yàn)中大多在準(zhǔn)確性要求不太高的稱(chēng)量中使用?，F(xiàn)代天平——托盤(pán)天平定義天平用于稱(chēng)量物體質(zhì)量，狹義上也叫托盤(pán)天平〔試驗(yàn)室中多用托盤(pán)天平〕。常用的準(zhǔn)確度不高的天平，由托盤(pán)、指針、橫梁、標(biāo)尺、游碼、0.10.2一種衡器。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，固定在梁上的指針不搖擺且指向正中刻度時(shí)的偏轉(zhuǎn)就是待稱(chēng)重物體的重量。使用留意事項(xiàng)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(wàn)不能把砝碼弄濕、弄臟〔這樣會(huì)讓砝碼腐蝕生銹，砝碼質(zhì)量變大，測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確〕，游碼也要用鑷子撥動(dòng)。被測(cè)物體的質(zhì)量不能超過(guò)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(pán)中。稱(chēng)量時(shí)留意左物右碼〔游碼示值以左邊對(duì)齊刻度線為準(zhǔn)〕。稱(chēng)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(dòng)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(shí)支托橫梁。在橫梁中部裝有一把中刀。天平工作時(shí)，中刀擱置在與升降桿頂端連接的刀承上，作為支點(diǎn)。中刀兩邊裝有兩把邊刀，分別作為重點(diǎn)和力點(diǎn)，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(dòng)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(dòng)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(pán)架和秤盤(pán)。掛盤(pán)架吊掛在小吊環(huán)吊鉤上，兩把邊刀分別通過(guò)小吊環(huán)承受秤盤(pán)砝碼和被稱(chēng)物的重力。底座裝有兩個(gè)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(kāi)天平不水平而產(chǎn)生稱(chēng)量誤差。制動(dòng)裝置主要由開(kāi)關(guān)旋鈕、開(kāi)關(guān)軸和偏心凸輪〔或連桿〕組成。轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)，通