天平的概念

　　天平(Weighing scales;Balance)基本解釋是一種衡器，是衡量物體質(zhì)量的儀器。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，其中一個盤里放著已知重量的物體,另一個盤里放待稱重的物體，固定在梁上的指針在不擺動且指向正中刻度時的偏轉(zhuǎn)就指示出待稱重物體的重量詳細解釋;早在公元前1500多年，埃及人就已經(jīng)使用天平了，還有人說，這個時間還要早，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)代天平的雛形。古代的一種衡器，產(chǎn)生較早，到春秋晚期，天平和砝碼的制造技術已經(jīng)相當精密。以竹片做橫梁，絲線為提紐，兩端各懸一銅盤。后因天平秤重物比較麻煩，改為“銓”，稱量小物時才用天平。電子天平，用于稱量物體質(zhì)量。

　　電子天平以電磁力平衡被稱物體重力的天平稱之為電子天平。其特點是稱量準確可靠、顯示快速清晰并且具有自動檢測系統(tǒng)、簡便的自動校準裝置以及超載保護等裝置。

　　天平的分類

　　天平有狹義和廣義之分。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、單盤不等臂機械天平和電子天平3類。

　　雙盤等臂機械天平 一般按結(jié)構(gòu)分為普通標牌天平、微分標牌天平和架盤天平3種。也可按用途分為檢定天平、分析天平、精密天平和普通天平4種。檢定天平是計量部門、商檢部門或其他有關部門或工廠專門用來檢查或校準砝碼的天平。

　　分析天平是用于化學分析和物質(zhì)精確衡量的高準確度天平。在大多數(shù)情況下，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(3～30g和0.1~1g)和超微量天平(3～5g和0.1g以下)。

　　精密天平廣泛應用于各種物質(zhì)的精密衡量，其最小分度值通常為最大稱量的10-5～10-4。

　　普通天平用作物質(zhì)的一般衡量。最小分度值等于或大于最大稱量的10-4。

　　隨著科技的發(fā)展及客戶的需求延伸出了新的具有特殊用途的天平即比較器、快速水份測定儀、移液管校準工作站、軟件、砝碼、配件、天平和臺秤的日常測試、利用天平進行密度測定、差重稱量、動態(tài)稱量、濾紙稱量、配方、質(zhì)量比較;高分辨率稱量、聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信、移液器校準、實驗室中的精密及分析稱量、統(tǒng)計過程和質(zhì)量控制、防爆區(qū)域稱重應用、間隔稱量。

　　天平的發(fā)展

　　早在18世紀英國化學家布萊克就已經(jīng)使用了天平，那個時候，正是化學中不斷發(fā)現(xiàn)氣體、并開始建立理論的時期。布萊克在化學研究中非常重視實驗，而且是第一個應用定量的方法研究氣體的人。1755年，他寫了一篇論文，內(nèi)容是對石灰石等堿性物質(zhì)的實驗研究。論文中提到，他發(fā)現(xiàn)將石灰石煅燒會產(chǎn)生氣體。于是，他在煅燒前稱量了石灰石的重量，煅燒后再次稱量重量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，石灰石經(jīng)過煅燒重量減少了44%，他認為這個重量正是從中釋放出的氣體的重量。從布萊克的實驗研究中可以了解到，他進行了定量研究，定量研究需要稱量，而稱量離不開天平。歷史資料表明，布萊克確實使用了天平，他用過的天平至今仍保存在愛丁堡皇家博物館中。

　　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行化學實驗研究，而且做出了發(fā)現(xiàn)的，這個天平的使用，不僅在化學實驗中建立了定量方法，而且對天平的進一步發(fā)展、改良，也是重要的。

　　18世紀末英國也已經(jīng)制造出了一種天平，橫梁中央嵌上一個鋼質(zhì)的刀口。把它放在瑪瑙盤中，大大提高了精密度和靈敏度。當時出現(xiàn)了一些天平設計家和制造家，不過，據(jù)說天平的價格比較貴，而且要先預定，不像法國，天平雖不那么精密，但比較容易買到。19世紀20年代，倫敦有一位儀器設計家叫羅賓遜，他開始設計和制造分析天平，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世紀誕生的，究竟誰是這種天平的發(fā)明人有不同說法，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加了，經(jīng)博覽會審查團審議，最后把最高獎獎給了奧耶領，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貢獻。

　　隨著科學的發(fā)展、技術的進步，天平的設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)過技術的積累和提高，才有了今天的各式各樣的現(xiàn)代天平。如今，在化學實驗室中，常用的天平有：

　　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。為克服此缺點，架盤天平采取了加長中刀、邊刀和加寬刀架的措施，并在結(jié)構(gòu)設計上采用了羅伯威爾(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、方向相同的力作用于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。最后，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。這種情況在EE′的右側(cè)也完全相同。用于精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);它是傳感技術、模擬電子技術、數(shù)字電子技術和微處理器技術發(fā)展的綜合產(chǎn)物，具有自動校準、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)節(jié)系統(tǒng)，準確度高，穩(wěn)定性好。當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，并通過放大器反饋使傳感器線圈中的電流增大，該電流在恒定磁場中產(chǎn)生一個反饋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，進行數(shù)據(jù)處理，最后由顯示器自動顯示出被稱物質(zhì)量數(shù)值。

　　電光天平，設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迅速阻止橫梁的搖動，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尺直接讀出。

　　隨著科技的發(fā)展及客戶的需求延伸出了新的具有特殊用途的天平即比較器、快速水份測定儀、移液管校準工作站、軟件、砝碼、配件、天平和臺秤的日常測試、利用天平進行密度測定、差重稱量、動態(tài)稱量、濾紙稱量、配方、質(zhì)量比較;高分辨率稱量、聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信、移液器校準、實驗室中的精密及分析稱量、統(tǒng)計過程和質(zhì)量控制、防爆區(qū)域稱重應用、間隔稱量。