探讨机械天平计量准确性的影响因素和提高方法

[摘 要] 随着我国科学技术的发展，天平的使用在我国日常生活中已经普及。天平是利用杠杆原理，测量质量的工具。但是，机械天平会受外界因素的影响产生不准确的计量。本文探讨环境因素和机械天平的结构因素对机械天平计量准确性的影响，并提出相应的提高机械天平计量准确性的方法。

[关键词] 机械天平； 计量； 准确性； 影响因素； 提高方法

[中图分类号] F273.1 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2013）13- 0061- 02

天平可分为双盘等臂天平、单盘不等臂天平和电子天平3种，其中机械天平的原理是杠杆原理。机械天平主要用来传递质量量值，包括物体质量的测量和体积的测量，它现在已被广泛用于电子、农业、卫生、化工和冶金等诸多部门。随着机械天平的广泛应用，如何确保机械天平计量的准确性已成为重要课题。

1 环境因素对机械天平计量准确性的影响

影响机械天平计量准确性的环境因素有温度、震动、气流和环境的清洁程度等，这些因素对机械天平计量准确性的影响一般比较小，影响的大多是天平的示值变动。

1.1 室内温度对机械天平计量准确性的影响

放置机械天平的房间的室内温度是影响机械天平计量准确性的因素之一。如果放置机械天平的房间室温偏低或者偏高，机械天平会处于低温冷处理或者高温处理的状态。在这些状态下机械天平零件的内部结构和装配螺钉会处于热胀或者冷缩的状态，由于热胀冷缩的作用使它们之间的结构会发生相应的变化，导致机械天平的螺丝留有余量，使机械天平的三把刀子移位，虽然移位很不明显，但是它造成机械天平的横梁重心下降使其灵敏度下降，最终导致机械天平计量不准确。如果放置机械天平的房间室温不稳定，会造成横梁不均匀受热波动显著，使机械天平的臂比经常发生变化，这种变化也会影响机械天平计量的准确性。

1.2 其他外部环境因素对机械天平计量准确性的影响

放置机械天平的房间室内的震动、气流的流动和环境的不清洁等外界环境因素，也会影响机械天平计量的准确性。如果放置机械天平的房间由于机器的轰鸣等因素造成震动太大，会造成机械天平的刀子和刀承接触部位发生变化，继而影响机械天平在测量时的正常摆动，最终影响机械天平计量的准确性。放置机械天平的房间由于风力等因素造成气流流动较快，会影响机械天平测量时的平衡位置，导致机械天平的示值变化显著，最终严重影响机械天平的准确性。气流的流动是环境因素中影响机械天平计量准确性最大的因素，相对气流的影响，环境空气的不清洁对天平计量准确性的影响显得相对比较轻微。环境空气的不清洁主要是指空气中灰尘或者杂质等落在机械天平的刀子和刀承上，或者室内环境的湿度太大，使机械天平的刀子和刀承表面结一层水汽，造成它们的接触状态发生变化影响天平测量时的正常摆动，最终影响机械天平计量的准确性。

2 机械天平结构因素对其计量准确性的影响

机械天平具有稳定性、灵敏性和示值变动性，机械天平的这些性能不良都会影响其准确性。其中，稳定性是指机械天平的横梁受到外界干扰后还能回到最初的平衡位置的能力；灵敏性是指机械天平本身具有的察觉外界放在天平托盘里的物体质量轻重改变的能力；示值变动性是指在机械天平的托盘里放同一重物，无论历经多长时间或者开和关，机械天平都能找到最初的平衡点并具有与其重合的能力。机械天平横梁的重心与支点的相对位置是影响天平稳定性的主要因素。如果横梁重心位置在天平支点的下方，那么天平的稳定性呈现良好状态。如果天平的横梁重心位置与天平支点重合或者在支点的上方，那么机械天平的稳定性在工作中呈现差的状态。天平的稳定性差，直接影响机械天平计量的准确性。天平的横梁重心位置在支点下方的高低是影响天平灵敏性的主要因素，当天平横梁重心位置在支点下方越低时天平的灵敏度越低，当横梁重心位置在天平支点下方越高时，机械天平的灵敏度越高。但是，并不能永无止境地调节横梁位置的高低，否则影响灵敏度的空感和全感的一致性，也会影响天平的整体灵敏度。天平灵敏度可以分为空感灵敏度和全感灵敏度，影响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。影响机械天平的结构因素主要包括三把刀的平面性、平行性，天平刀盒的紧固情况以及天平零部件的松动程度。

3 提高机械天平计量准确性的方法

提高机械天平计量准确性的方法也包括环境因素和结构因素两方面的方法。环境因素方面，是控制放置机械天平的室温波动、空气的清洁程度、气流流动和环境震动；结构因素的控制则是控制天平横梁重心与天平支点的相对位置，控制天平的三把刀刃的位置和三把刀平面性、平行性，天平刀盒的紧固情况，天平的零部件的松动程度。尽量控制好这些因素，在一定程度上可以提高机械天平的准确性。但是，在调节天平横梁重心位置时可以发现天平的灵敏度和天平的稳定性相互矛盾。人们在用机械天平时，一般牺牲天平的灵敏度而保证天平的稳定性，采用调低天平横梁重心位置和改进测量位移的方法提高机械天平的准确性，但是这种方法并不理想，它是靠牺牲机械天平的灵敏度使天平具有良好的稳定性提高天平计量的准确性的。当天平的横梁重心位置和天平支点重合时，机械天平处于随遇平衡状态或者接近天平随遇平衡状态。可以利用机械天平随遇平衡和天平自动调节的原理，提高机械天平计量的准确性。这种利用天平随遇平衡和自动调节的原理，就是电磁反馈补偿方法，它可以把机械天平的精度从1 × 10 -5提高到5 × 10 -7。

4 结 语

放置机械天平的室内温度波动、震动、气流流动和环境的清洁程度等是影响机械天平计量准确性的外界环境因素，天平横梁重心与支点的相对位置，天平三把刀刃的位置、平行性、平面性，天平刀盒的紧固情况等因素是影响机械天平计量准确性的结构因素。本文根据影响机械天平计量准确性的因素提出了提高天平计量准确性的方法。

主要参考文献

[1] 赵亚军. 天平、砝码秤检定与维修[M]. 北京： 中国计量出版社，2000.

[2] 杨惠敏. 机械天平计量性能误差调试技巧[J]. 工作计量，2010（4）.