探討機械天平計量準確性的影響因素和提高方法

[摘 要] 隨著我國科學技術的發展，天平的使用在我國日常生活中已經普及。天平是利用杠桿原理，測量質量的工具。但是，機械天平會受外界因素的影響產生不準確的計量。本文探討環境因素和機械天平的結構因素對機械天平計量準確性的影響，并提出相應的提高機械天平計量準確性的方法。

[關鍵詞] 機械天平； 計量； 準確性； 影響因素； 提高方法

[中圖分類號] F273.1 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2013）13- 0061- 02

天平可分為雙盤等臂天平、單盤不等臂天平和電子天平3種，其中機械天平的原理是杠桿原理。機械天平主要用來傳遞質量量值，包括物體質量的測量和體積的測量，它現在已被廣泛用于電子、農業、衛生、化工和冶金等諸多部門。隨著機械天平的廣泛應用，如何確保機械天平計量的準確性已成為重要課題。

1 環境因素對機械天平計量準確性的影響

影響機械天平計量準確性的環境因素有溫度、震動、氣流和環境的清潔程度等，這些因素對機械天平計量準確性的影響一般比較小，影響的大多是天平的示值變動。

1.1 室內溫度對機械天平計量準確性的影響

放置機械天平的房間的室內溫度是影響機械天平計量準確性的因素之一。如果放置機械天平的房間室溫偏低或者偏高，機械天平會處于低溫冷處理或者高溫處理的狀態。在這些狀態下機械天平零件的內部結構和裝配螺釘會處于熱脹或者冷縮的狀態，由于熱脹冷縮的作用使它們之間的結構會發生相應的變化，導致機械天平的螺絲留有余量，使機械天平的三把刀子移位，雖然移位很不明顯，但是它造成機械天平的橫梁重心下降使其靈敏度下降，最終導致機械天平計量不準確。如果放置機械天平的房間室溫不穩定，會造成橫梁不均勻受熱波動顯著，使機械天平的臂比經常發生變化，這種變化也會影響機械天平計量的準確性。

1.2 其他外部環境因素對機械天平計量準確性的影響

放置機械天平的房間室內的震動、氣流的流動和環境的不清潔等外界環境因素，也會影響機械天平計量的準確性。如果放置機械天平的房間由于機器的轟鳴等因素造成震動太大，會造成機械天平的刀子和刀承接觸部位發生變化，繼而影響機械天平在測量時的正常擺動，最終影響機械天平計量的準確性。放置機械天平的房間由于風力等因素造成氣流流動較快，會影響機械天平測量時的平衡位置，導致機械天平的示值變化顯著，最終嚴重影響機械天平的準確性。氣流的流動是環境因素中影響機械天平計量準確性最大的因素，相對氣流的影響，環境空氣的不清潔對天平計量準確性的影響顯得相對比較輕微。環境空氣的不清潔主要是指空氣中灰塵或者雜質等落在機械天平的刀子和刀承上，或者室內環境的濕度太大，使機械天平的刀子和刀承表面結一層水汽，造成它們的接觸狀態發生變化影響天平測量時的正常擺動，最終影響機械天平計量的準確性。

2 機械天平結構因素對其計量準確性的影響

機械天平具有穩定性、靈敏性和示值變動性，機械天平的這些性能不良都會影響其準確性。其中，穩定性是指機械天平的橫梁受到外界干擾后還能回到最初的平衡位置的能力；靈敏性是指機械天平本身具有的察覺外界放在天平托盤里的物體質量輕重改變的能力；示值變動性是指在機械天平的托盤里放同一重物，無論歷經多長時間或者開和關，機械天平都能找到最初的平衡點并具有與其重合的能力。機械天平橫梁的重心與支點的相對位置是影響天平穩定性的主要因素。如果橫梁重心位置在天平支點的下方，那么天平的穩定性呈現良好狀態。如果天平的橫梁重心位置與天平支點重合或者在支點的上方，那么機械天平的穩定性在工作中呈現差的狀態。天平的穩定性差，直接影響機械天平計量的準確性。天平的橫梁重心位置在支點下方的高低是影響天平靈敏性的主要因素，當天平橫梁重心位置在支點下方越低時天平的靈敏度越低，當橫梁重心位置在天平支點下方越高時，機械天平的靈敏度越高。但是，并不能永無止境地調節橫梁位置的高低，否則影響靈敏度的空感和全感的一致性，也會影響天平的整體靈敏度。天平靈敏度可以分為空感靈敏度和全感靈敏度，影響天平空感和全感一致性的主要因素是天平三把刀刃的位置。影響機械天平的結構因素主要包括三把刀的平面性、平行性，天平刀盒的緊固情況以及天平零部件的松動程度。

3 提高機械天平計量準確性的方法

提高機械天平計量準確性的方法也包括環境因素和結構因素兩方面的方法。環境因素方面，是控制放置機械天平的室溫波動、空氣的清潔程度、氣流流動和環境震動；結構因素的控制則是控制天平橫梁重心與天平支點的相對位置，控制天平的三把刀刃的位置和三把刀平面性、平行性，天平刀盒的緊固情況，天平的零部件的松動程度。盡量控制好這些因素，在一定程度上可以提高機械天平的準確性。但是，在調節天平橫梁重心位置時可以發現天平的靈敏度和天平的穩定性相互矛盾。人們在用機械天平時，一般犧牲天平的靈敏度而保證天平的穩定性，采用調低天平橫梁重心位置和改進測量位移的方法提高機械天平的準確性，但是這種方法并不理想，它是靠犧牲機械天平的靈敏度使天平具有良好的穩定性提高天平計量的準確性的。當天平的橫梁重心位置和天平支點重合時，機械天平處于隨遇平衡狀態或者接近天平隨遇平衡狀態。可以利用機械天平隨遇平衡和天平自動調節的原理，提高機械天平計量的準確性。這種利用天平隨遇平衡和自動調節的原理，就是電磁反饋補償方法，它可以把機械天平的精度從1 × 10 -5提高到5 × 10 -7。

4 結 語

放置機械天平的室內溫度波動、震動、氣流流動和環境的清潔程度等是影響機械天平計量準確性的外界環境因素，天平橫梁重心與支點的相對位置，天平三把刀刃的位置、平行性、平面性，天平刀盒的緊固情況等因素是影響機械天平計量準確性的結構因素。本文根據影響機械天平計量準確性的因素提出了提高天平計量準確性的方法。

主要參考文獻

[1] 趙亞軍. 天平、砝碼秤檢定與維修[M]. 北京： 中國計量出版社，2000.

[2] 楊惠敏. 機械天平計量性能誤差調試技巧[J]. 工作計量，2010（4）.