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第五章称量仪器的维护第一节分析天平的分类、原理和结构第二节分析天平的维护保养第三节分析天平常见故障的排除第四节技能训练——分析天平标牌分度值、横梁不等臂性误差和示值变动性的测定第一节分析天平的分类、原理和结构一、分析天平的分类、原理天平的种类很多，按所采用的平衡原理不同，可分为机械天平和电子天平两大类。按结构形式的不同，机械天平一般又可分为杠杆式天平、扭力天平及特种天平。杠杆式天平是利用杠杆原理称量物体质量的称量仪器，实验室用分析天平即属于此类；扭力天平是根据虎克定律，利用弹性元件变形来进行称量，称得的结果为物质的重量而不是质量；特种天平是利用液压原理，电磁作用原理，压电效应，石英振荡原理制成的特种用途的天平。电子天平又可分为上皿式和下皿式两种。分析天平习惯上是指具有较高灵敏度、全载量不大于200克的天平，按其结构的不同可分为以下几种形式：二、分析天平的结构分析天平的形式虽多，但其基本构造均由横梁系统、立柱和制动系统、承重悬挂系统、读数指示系统和框罩及砝码系统组成。下面以国产TG328B型半自动电光分析天平（如图5-1所示）为例逐项加以介绍。1．横梁系统横梁系统包括横梁、平衡铊、刀子、指针和重心铊。⑴横梁横梁是天平的重要部件，有人称之为天平的“心脏”，是用来平衡重物的杠杆。制作横梁的材料为铜合金或其它刚度好、质地轻、耐腐蚀的材料，为了减轻横梁重量，提高天平灵敏度，在保证横梁强度的前提下，一般在横梁上制成各种不同形状的对称孔。如图5-2所示。图5-1TG328B型分析天平总图图5-2横梁⑵平衡铊（平衡调节螺丝）在横梁两端的对称孔内各有一个平衡调节螺丝，即平衡铊，用于调节天平空载时的零点之用。⑶刀子横梁装有一把中刀和两把边刀，起着承受和传递载荷的作用，均为高硬度的玛瑙质地。中刀（又称支点刀）安装在横梁的中间，锐边向下，立于天平立柱的一个小玛瑙台（刀承）上，它是横梁的支点，中刀需用中刀盒加以固定，见图5-3。其方法是将中刀用502胶或其它粘合剂粘合在刀盒的刀巢里，由两颗螺钉穿过孔1、2与垫板连接，固定在横梁上。图5-3中刀及中刀盒横梁的两边各有一个锐边向上的边刀，它们是梁的力点，以边刀盒固定，如图5-4所示。用三对对称的刀盒螺钉将刀盒固紧在横梁上。刀盒螺钉位置排列成“┘”或“┕”形。螺钉5起定位作用，称为定位螺钉；螺钉6供调整边刀水平用，称为水平螺钉；螺钉1用以调整刀子的平行性，称为平行螺钉。刀盒下方的螺钉2，4是升刀螺钉（穿过横梁），螺钉3是降刀螺钉（不穿过横梁）。若螺钉2、4不穿过横梁，其作用就相反，即为降刀螺钉；若螺钉3是穿过横梁的，其作用也相反，即为升刀螺钉。横梁上的三把刀子应互相平行并位于同一个水平面上。图5-4边刀及边刀盒⑷指针横梁中间的下端有一个长而垂直的指针，指针下端装有透明的刻度标尺。称量时，通过观察指针在标尺上指示的位置，可以了解横梁倾斜情况。⑸重心铊重心铊又名感量铊，安装在横梁中刀盒的上面。通过重心铊上下移动可以改变横梁的重心位置，以调整感量的高低。2．立柱和制动系统该系统由立柱、土字头、中刀承、折翼、支力销、横档柱子座、压翼弹簧、升降拉杆及开关轴等组成。⑴立柱立柱是空心柱体，垂直固定在底板上，是横梁的起落基架。天平制动器的升降拉杆穿过立柱空心孔，带动大小折翼上下运动。⑵土字头土字头安装在立柱顶端，用以固定中刀承、大折翼和压翼弹簧。⑶中刀承中刀承又名支点刀承，用502胶或其它粘合剂粘合在土字头凹槽内，起支承横梁中刀的作用。⑷折翼折翼又称折叶、托翼，双翼式折翼由大折翼和小折翼组成，大，小折翼又称主翼和副翼，如图5-5所示。折翼的作用是承托横梁和悬挂系统的。大折翼上装有支力销、横梁柱子座及压翼弹簧。当开启天平时，由于开关轴的偏心作用，升降拉杆上升，带动小折翼下降，大折翼也随之同步下降，支力销与横梁和吊耳脱开，另一方面由于开关轴的偏心作用带动托盘板下降，托盘随之下降，与称盘脱离接触，此时天平进入工作状态。反之，则升降拉杆下降，大、小折翼上升，天平横梁托起，支点刀被架空，此时天平关闭，即天平进入休止状态。图5-5折翼⑸支力销支力销由上、下两个螺母固定在大折翼上，它的顶部有一个圆弧半径，与横梁和吊耳上的定位槽、孔配合，支撑着横梁和吊耳，其结构如图5-6所示。⑹横档柱子座横档柱子座上有两个高低螺钉，用以支撑横梁和调整支点刀间隙，其结构如图5-7所示。图5-6支力销图5-7横档柱子座⑺压翼弹簧压翼弹簧的两端压在大折翼后侧销子上，其作用是使大、小折翼能同时平稳地上、下运动。⑻升降拉杆升降拉杆的结构如图5-8所示，其上端与小折翼连接，下端通过连接杆与开关轴销连接，当开关轴转动时，升降拉杆上、下运动，带动折翼上升或下降。⑼开关轴开关轴连接升降拉杆下端的连接杆销孔，转动时，使天平开启或关闭。其结构见图5-9。图5-8升降拉杆图5-9开关轴3．承重悬挂系统承重悬挂系统包括吊耳、阻尼器、称盘等。⑴吊耳两把边刀通过吊耳承受称盘、砝码和被衡量物体。TG-328B型电光分析天平采用补偿吊耳，其结构如图5-10所示。补偿吊耳承重板的背面有一个玛瑙槽和一个玛瑙锥孔，是供十字头支撑螺钉定位用的。通过十字头支撑螺钉在承重板上的玛瑙槽和玛瑙锥孔的活动使吊耳能够前后摆动，从而起到力的补偿作用。这种吊耳的优点是，不论它所承受的载荷力的方向如何，由于可以前后摆动，使力均匀地分布在整个刀刃线上。1.承重板；2.十字头；3.吊钩；4.刀承；5.加码承受片图5-10吊耳⑵阻尼器常见的阻尼器有空气阻尼、液体阻尼和磁阻尼三种形式，在现代天平中以空气阻尼方式应用最普遍。空气阻尼器由两个内外互相罩合而不接触的金属圆筒组成。外筒固定在立柱上，内筒倒复悬挂在吊耳下层挂钩上，利用筒内的空气阻力产生阻尼作用，减少横梁摆动时间，从而达到迅速静止，提高工作效率的目的。空气阻尼器内筒应有与吊耳相同的左、右标记，以免搞错。⑶称盘称盘的作用是供放置被称物体和砝码之用。称盘在两边刀的下方，悬挂在吊耳的上层挂钩上，称盘应与吊耳、空气阻尼器内筒的左、右标记相一致。4．读数指示系统TG-328B型电光分析天平的读数指示系统采用光学投影读数装置。如图5-11所示。灯头座上的灯泡发出的光线，先通过聚光管照射至微分标牌（透明刻度标尺）上，再经过物镜筒使刻度放大10～20倍，经大、小两反射镜两次反射，在投影屏上即可读出刻度标尺上的读数。1.投影屏；2.3.反射镜；4.物镜筒；5.透明刻度标尺；6.聚光管；7.照明筒；8.灯头座图5-11光学投影读数装置示意图5．框罩及砝码系统该系统包括天平框罩部分、机械加码装置及砝码。⑴框罩为了保护天平，避免外界的灰尘、热源、潮湿、气流等因素的影响，故采用不易变形的木材制成框罩。框罩固定在大理石制成的底板上，罩前有一扇可供启闭及随意停止在上下位置的玻璃移门，两侧各有一扇玻璃移门，便于取放称物。大理石底板上设有气泡式水准器用以观测天平是否呈水平状态，如不在水平，则调节底板下的螺旋脚（水平脚），使水准器的水泡恰好移到圆圈中央。三只用于调整天平水平位置的螺旋脚呈三角形配置在底板下面，前面两只是可调的，后面一只是固定的，这种三角形位置的摆布可保证天平安放平稳。螺旋脚下面设有胶木垫脚。⑵机械加码装置为了简化操作，缩短称量时间，同时也为了减少由于多次取放砝码造成的砝码磨损和多次开关天平门造成的气流影响，在天平的右上方设有机械加码装置，这种装置可代替人工自动取放10～990毫克的砝码（圈形砝码），而1克以上的砝码仍须用镊子取放。机械加码装置中的加码盘及圈形砝码排列次序见图5-12。⑶砝码砝码是天平的重量组成部分，对于杠杆式天平，被称物体的质量均是由与之平衡的砝码质量读出的。砝码的组成系统采取5、2、2、1制，即砝码的质量按100克、50克、20克、20克、10克、5克、2克、2克、1克制造，共九个砝码，质量相同的砝码，其中一个打上“*”记号，以便互相区别。图5-12加码盘及圈形砝码三、电子天平简介1.电子天平的称量原理虽然各种电子天平的控制方式和电路结构不尽相同，但其称量依据都是电磁力平衡原理。电子天平是将被称物的质量m产生的重力G，通过传感器转换成电信号来表示物质的质量的。因重力G=m·g则m=G/g式中：g——重力加速度，在同一地点为定值。电子天平就是根据这一原理设计、进行称量的。当把通电导线置于磁场中时，电线将产生电磁力，力的方向可用左手定则来判断，力的大小与磁场强度、流过导线的电流强度有关。当磁场强度恒定不变时，力的大小与电流强度成正比。因为被称物体的重力G方向是垂直向下指向地心的，设计时使电磁力F的方向向上。当G=F时，则通过导线的电流与被称物的质量成正比。因此，可以通过导线的电流大小衡量被称物的质量。称盘通过支架连杆与线圈相连，线圈置于磁场中。称盘及被称物体的重力通过连杆支架作用于线圈上，方向向下。线圈内有电流通过时，产生一个向上作用的电磁力，与称盘重力方向相反，大小相等。位移传感器处于设定的中心位置，当称盘上的物体质量改变时，位移传感器检出位移信号，经调节器和放大器改变线圈的电流大小，直至线圈回到原中心位置为止。电流变化信号经转化后以数字方式显示出物体的质量。2.电子天平的结构电子天平的基本结构包括机械和电子两部分。机械部分由扰性轴承、称盘、两对三角形的导向装置组成，机械部分的作用是将力传递给压力传感器。电子部分由磁轭、磁铁、极靴、补偿线圈、温度补偿、示位器及有关电路组成。图5—13MD系列电子天平结构示意图电子天平结构（MD系列）如图5—13所示。图5—13MD系列电子天平结构示意图3.常见电子分析天平（1）BP210S型电子分析天平BP210S型电子分析天平外形如图5—14所示。该天平具有如下特点：①采用超级单体传感器技术，获得更快速、准确、可靠的称量结果。②全自动校准，精确度高，操作轻松自如。③采用四级防震，使示值读数更稳定可靠。④具有自动故障检查功能，便于故障诊断和维修。⑤内置RS232标准接口，方便连接周边设备。⑥五面玻璃防风罩，使称量一目了然。图5—14BP210S型电子分析天平外形图（2）AG204型电子分析天平AG204型电子分析天平外形如图5—15所示。该天平具有如下特点：①操作方便、快捷，在天平的任意一侧可以自如开关两侧的防风门。②具有新型的双向LocalCAN运用数据接口，并兼容RS232数据接口，同时可连接五个周边设备。③配以比重附件及软件包，可方便准确地测出液体或固体的比重。图5—15AG204型电子分析天平外形图④连接LC—P45打印机，可实现校验、统计、求和等功能，并可打印时间、日期、样品号等。⑤具有加减称重、百分比称量、动态称量、计件等各种功能。⑥外形简洁，称量室大。第二节分析天平的维护保养分析天平的维护保养应注意如下方面：1.天平应放置在牢固没有振动的台上；室内温度最好保持在17℃～23℃，应避免阳光直射及涡流侵袭或单面受热；天平框罩内应放置干燥剂，以避免天平受潮，干燥剂以变色硅胶为最好，严禁用浓硫酸、氯化钙等具有腐蚀性的物质作干燥剂，干燥剂需经常烘干，否则会失去吸湿作用。2.要注意保持天平内部的清洁。经常用软毛刷清除框罩内外及零件上的灰尘，必要时可用绸布蘸少量无水乙醇或乙醚，将刀刃、刀承及其它玛瑙件擦拭干净，反射镜镜面须用擦镜纸轻轻擦拭，其它零部件可用麂皮或绸布擦净。在清洁工作过程中，要注意避免零件相互碰撞，要特别注意保护好刀刃。3.不要将热的或过冷的物体放在称盘上称量；吸湿性或挥发性强的物体，应放在密闭的容器内进行称量；称取具有腐蚀性的物体时，必须注意不要将被称物洒落在称盘或底板上，以免腐蚀天平的零部件。4.尽可能少的开启天平的前门，取放砝码及样品时，可以通过左、右侧门进行，关闭窗门时务必要轻缓。5.当天平处于开启状态时，绝对不可在称盘上取放物品或砝码，或关开天平门，或作其它会引起天平振动的动作，以免损坏刀刃。6.被称物及砝码应尽可能地放在称盘中央，否则当天平开启时，称盘将要动荡，这样既不易观察停点，也易使玛瑙刀刃磨损，同时被称物质量不得超过天平的最大载荷。7.开启和关闭天平时用力要均匀，绝不可用力过猛，即旋动开关旋