机械天平

机械天平力学一室2009年04月18日目录•概述•天平的结构、原理与名词解释•天平的准确度级别•天平外观检查及技术要求•天平检定应具备的条件•天平的检定项目及方法•检定结果的处理•检定周期•机械天平在砝码量传中不确定度分量的评定•电光分析天平的维修第一部分概述机械天平是一种利用杠杆平衡原理测定物体质量的测量仪器。机械杠杆式天平的主要结构由底板、外罩、立柱制动机构、横梁、吊挂系统、读数系统、阻尼部分、机械挂砝码装置、游码标尺、链码标尺、传动装置等元件组合而成，借助砝码利用杠杆平衡原理直接测量物体的质量。机械天平用于质量量值传递，物体质量、体积的测量，并且广泛用于电子、纺织、冶金、化工、农业、卫生、科研单位及高等院校等部门。第二部分结构与原理机械天平是利用杠杆原理的杠杆天平杠杆天平可分为等臂天平和不等臂天平如：TG328型电光分析天平即为等臂双盘杠杆天平。它主要包括外框、立柱、横梁、吊挂、光学读数装置、制动机构及机械加砝码装置。如：DT100型单盘天平即为不等臂天平。特点是天平的挂码和秤盘均位于同一臂端，另一臂上有配衡重物，横梁始终保持全载平衡状态，其没有空、全载灵敏度之分。第二部分结构与原理•要确保天平的准确可靠，必须保证天平四个主要计量性能达到要求，即天平的稳定性、正确性、灵敏性和示值不变性。•杠杆天平的稳定性是指天平的横梁受到某种扰动，并待扰动消失后，它能够自动回到初始平衡位置的能力。杠杆平衡原理是指作用于杠杆上所有外力对支点的力矩之和为零。杠杆平衡有稳定平衡、不稳定平衡和随遇平衡三种状态。第二部分结构与原理•稳定平衡是指处于平衡状态的杠杆受到微小扰动，待扰动消除后能自动恢复到原来的平衡位置，这种平衡状态叫稳定平衡。•不稳定平衡是指处于平衡状态的杠杆受到微小扰动，待扰动消除后，不能自动恢复到原来的平衡位置，这种平衡状态叫不稳定平衡。•随遇平衡是指处于平衡状态的杠杆受到微小扰动，待扰动消除后，能在任意位置上继续保持平衡，这种平衡状态叫随遇平衡。第二部分结构与原理•需要注意的是杠杆天平的稳定性与灵敏性是有一定关系的，当天平的稳定性越好，其灵敏度就越差。也就是说天平横梁重心位置越低，天平就越稳定，灵敏性就越差。所以说天平不是越稳定越好，或者灵敏性越高越好第二部分结构与原理•天平的正确性是指横梁的左、右两臂具有正确固定的比例。•对于等臂天平，其正确性是指左右两臂长度应该相等。•等臂天平正确性的特征是天平空载时的平衡位置和在左右两盘中加上相等载荷时的平衡位置保持不变。•当用臂比不正确的等臂天平进行直接衡量时，在其衡量结果中就会引入误差，这种误差称其为不等臂性误差。第二部分结构与原理•天平的灵敏度是指天平能反应出放在物体质量差的能力。也就是指天平指针尖端的线位移或角位移与产生该位移的质量值之比。•天平分度灵敏度是天平指针尖端移动的分度数与在某一盘中所加的砝码质量之比。是单位质量所对应的天平标牌的分度数，分度数越多，天平越灵敏。•分度值是在天平某一盘中所加砝码质量与天平指针尖端沿标牌移动的分度数之比。是每个分度所对应的质量值，这个质量值越小，天平越灵敏。第二部分结构与原理•天平的示值不变性是指在同一天平上，对同一物体重复多次衡量，所得各次衡量结果的一致性程度。•各次衡量结果之间的差异，习惯上叫做天平的示值重复性，它实际上就是衡量结果的可靠程度，一般以示值重复性的大小来说明天平示值重复性的好坏。•只有保证天平四大计量性能的良好，才能保证天平的正常工作。机械天平的准确度级别划分准确度级别符号检定标尺分度数n11×107≤n25×106≤n＜1×10732×106≤n＜5×10641×106≤n＜2×10655×105≤n＜1×10662×105≤n＜5×10571×105≤n＜2×10585×104≤n＜1×10592×104≤n＜5×104101×104≤n＜2×104天平的准确度级别•例1：最大秤量为200g,分度值为0.1mg，200g/0.1mg在2×106≤n＜5×106范围内。因此，该天平定为3级•例2：最大秤量为20kg,分度值为20mg，20kg/20mg在1×106≤n＜2×106范围内。因此，该天平定为4级天平的分类•机械杠杆式天平按结构可分为双盘天平和单盘天平。•按标尺分类还可分为微分标尺、数字标尺天平和普通标尺天平。•新规程取消了标准天平和工作天平之分。在实际工作中存在标准天平和工作天平之分，但检定方法没有必要进行区分，完全可以采用相同的检定方法,所以在本规程中不强调这一点。检定标尺分度值e•天平的检定标尺分度值e用质量单位表示，它应当取下列形式：1×10k或2×10k或5×10k其中：k为正整数、负整数或零。对使用中的天平允许存在其它形式•有刻度，无微读机构的天平，检定标尺分度值e等于实际标尺分度值d。普通标尺天平和某些电光天平属于有刻度，无微读机构的天平•有刻度，有微读机构的天平，检定标尺分度值e由生产厂根据表1和下述规则选定：d≤e≤10d•电光单盘天平属于有刻度，有微读机构的天平•天平的示值重复性、检定标尺分度值误差、横梁不等臂性误差、游码标尺和链码标尺称量误差应符合规程表3的规定天平的计量性能表3天平的计量性能最大允许误差表3天平的计量性能最大允许误差检定标尺分度值误差横梁不等臂性误差（分度）具有阻尼器的微分标尺或数字标尺天平(分度)普通标尺天平（mg）具有阻尼器的微分标尺或数字标尺天平普通标尺天平空秤误差与全秤量误差准确度级别示值重复性(分度）首次检定后续检定和使用中检验左盘与右盘之差空秤与全秤量之差左盘与右盘之差首次检定后续检定和使用中检验首次检定后续检定和使用中检验游码标尺、链码标尺称量误差（分度）1～38144～7518～101空秤±1全秤量+2/-1空秤+1/-2全秤量±2231±3±9±3±61在天平的计量性能最大允许误差表中：普通标尺天平与微分标尺天平（具有阻尼器的微分标尺天平或数字标尺天平简称微分标尺天平）示值重复性误差和横梁不等臂性误差来说区别不大。而对于检定标尺分度值误差区别较大，其概括起来有以下4点：•微分标尺天平分度值误差对于首次检定、后续检定和使用中检验的指标有明确区别，而普通标尺天平分度值误差的指标没有区别。•单位不同。微分标尺天平以分度为单位，而普通标尺天平以mg(毫克)为单位。•分度值误差的计算方法与判定程序不同。•微分标尺天平的实际分度值可略大于其标称分度值，而普通标尺天平的实际分度值不得大于其标称分度值。例：一台最大秤量为20kg,标称分度值为10mg的天平，实测分度值最大值是9.0mg，其分度值误差的允差为9.0mg×1/8=1.1mg。即同一侧（左盘或右盘的）空秤与全量分度值之差和同载荷（空秤或全量的）左盘与右盘分度值之差均应小于1.1mg。最大实际分度值不得大于其标称标尺分度值10mg。分度值不大于0.001mg的天平，其游码标尺秤量误差不大于2分度。即：对分度值≤0.001mg的天平，其游码标尺秤量误差≤2分度。•安设微读机构的天平，若示值重复性不大于该机构的1分度，并且其余计量性能也符合与此机构分度值的相应比例关系时，天平的准确度级别可按微读机构的分度值确定。例：一台天平主标尺是e=1mg，微读机构是d=0.1mg，如果示值重复性在微读机构1分度内，其余计量性能（分度值误差及挂砝码组合误差）也符合与此微读机构分度值的相应比例关系时，此时可按e=d=0.1mg定级。具有机械加码、减码装置的天平，其挂砝码组合误差应符合规程表4的规定。检定标尺分度值(mg)挂砝码组合最大允许误差（分度）毫克组克组全量1≤e±1±1±10.2≤e＜1±1±2±20.05≤e＜0.2±2±5±50.01≤e＜0.05±3±5±5e＜0.01±5±8±8对于具有机械加码装置的天平，挂砝码应挂在天平加码装置上进行检定。检定结果的最大允许误差应不大于相应挂砝码组合误差与相应的横梁不等臂性误差的总和。注解的含义：前一句是检定方法，要求机械加砝码必须安装在所配套的天平上用直接衡量法检定，不必采用JJG99－2006《砝码》规程中的方法将其逐一检定后再挂回使用，经检定后的机械挂码不得互换使用。第二句是表述机械加砝码组合误差的计算方法，执行本规程5.3.6.1的规定。天平外观检查及技术要求•第1条是生产商应做到的“必备标志”，具有法制性要求。•第2条至第11条、第13条是基本的技术要求。更为详细的技术要求由相应的制造标准加以规定。•第12条是对操作者的人员要求，视差大约在1/5格。第10条规定空秤和全秤量时的阻尼减缩系数不应大于1.25。阻尼减缩系数D的计算公式:IiIiDjj2式中：I—天平的平衡位置，ji—在天平一系列摆动中的一次读数，2ji—相隔一个周期的另一次读数。例、检定一台天平，其中测得8.141i3.52i3.143i8.54i由42321iiiI得I＝9.9则IiIiDjj2＝9.93.149.98.141.11＜1.25或IiIiDjj2＝9.98.59.93.5＝1.12＜1.251.此条规定并不作为天平计量性能合格与否的条件之一。检定员了解并会计算判定即可天平检定应具备的条件检定天平应配备的标准砝码应配备一组相应等级的标准砝码，该砝码的扩展不确定度不得大于被检天平在该载荷下的最大允许误差的1/3。例：有一台最大秤量为200g,分度值为0.1mg，加10mg小砝码测天平的分度值时，该天平最大允许误差为1个分度，即0.1mg。其1/3为0.03mg。F1等级10mg砝码扩展不确定度为0.008mg（k=2），0.008mg＜0.03mg，符合要求。•对等臂天平的检定，还应准备相当天平最大秤量的一对等量砝码。•前提是等臂天平，对等量砝码的准确度没有提出要求。也就是要求两个砝码之间的实际质量值越接近越好。检定环境条件•天平的检定一般应本着在使用环境条件下进行检定的原则，检定室的温度和湿度应符合规程表5的要求。•规程4.2条除规定了检定环境条件外，同时也要求检定人员应到现场检定。准确度级别温度℃温度波动不大于/（℃/h）湿度不大于（％RH）1～218～230.2703～4e≤0.001mg18～230.270e＞0.001mg18～260.575最大秤量＞1kg18～240.5755～615～301.0857～810～322.0909～10室温---工作环境条件•天平周围无影响天平计量性能的振动和气流存在。•天平周围空气中无腐蚀性气体存在。•天平应放置在平稳坚固的平台上使用。•天平不能因为检定时间而引起计量性能超差。检定前天平的清洁处理•天平在正式检定之前，应做好清洁工作。•清除天平所有零件的灰尘和包装遗留下来的碎屑。•对刀子和刀承应适当用清洁柔软的麂皮或柔软的毛刷清扫，也可用洁净柔软的真丝绸布沾少许无水酒精去污（无水酒精不得和清漆接触）。天平的存放时间•3级及其以上的天平：•只要动过刀子，则应停放48h后方可进行正式检定；•如果未动过刀子，在停放2h3h之后进行正式检定。•4级及其以下的天平：•只要动过刀子，则应停放24h；•如果未动过刀子，在停放1h2h之后即可进行正式检定。“动过刀子”的含义•在调修人员有目的的外力作用下，只要是使刀子与横梁之间的几何位置发生相对变化就叫做动过刀子。•自然条件下外力使天平刀子与横梁之间几何位置所产生的相对变化不在此例。天平全部计量性能的检定要求做到整个检定过程的连续性,不得中途停止,否则须重新检定。当对检定结果的可靠性发生疑问时，可对发生疑问的项目进行复检。当对示值重复性发生疑问时，则必须复检全过程。本条是对复检的规定。天平平衡位置的计算•检定天平时，具有阻尼器的微分标尺、普通标尺或数字标尺天平以一次读数作为天平的平衡位置；无阻尼器普通标尺天平以连续三次回转点读数计算天平的平衡位置。•三次回转点读数计算天平平衡位置的公式为：•i1i2i3—分别为四次回转点读数的前三次读数42321iiiI在天平检定或砝码量值传递中，均读取四次读数，而用前三次读数计算天平的平衡位置。直接用三次读