摘要：機(jī)械天平作為一種重要的計(jì)量工具，在科研、生產(chǎn)、生活方面都得到了廣泛的應(yīng)用。機(jī)械天平包括雙盤等臂天平和單盤不等臂天平，機(jī)械天平是通過(guò)杠桿原理實(shí)現(xiàn)對(duì)物體質(zhì)量的測(cè)量的。隨著機(jī)械天平的廣泛應(yīng)用，機(jī)械天平靈敏度的提升已經(jīng)成為一項(xiàng)十分重要的研究課題。本文針對(duì)機(jī)械天平的靈敏度影響因素進(jìn)行分析，以為提高機(jī)械天平靈敏度提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：機(jī)械天平 靈敏度 影響因素

中圖分類號(hào)：TH715.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-5336（2015）08-0000-00

1機(jī)械天平的結(jié)構(gòu)及原理

1.1機(jī)械天平的結(jié)構(gòu)

機(jī)械天平其原型如圖1所示，該模型解釋了機(jī)械天平最基本的應(yīng)用原理?，F(xiàn)代機(jī)械天平基本結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)部分如圖2所示：橫梁、秤盤、指針、立柱與底座以及質(zhì)量指示裝置等。

1.2機(jī)械天平的稱量原理

機(jī)械天平是通過(guò)杠桿原理實(shí)現(xiàn)物體的稱量的，機(jī)械天平便是利用已知砝碼的質(zhì)量和力臂關(guān)系來(lái)表示物體的質(zhì)量。

2機(jī)械天平的基本計(jì)量性能

2.1準(zhǔn)確度級(jí)別

準(zhǔn)確度級(jí)別是衡量機(jī)械天平性能的主要指標(biāo)，天平根據(jù)檢定標(biāo)尺分度值和檢定標(biāo)尺數(shù)可以劃分為二個(gè)準(zhǔn)確度級(jí)別：特種準(zhǔn)確度級(jí)，符號(hào)為○Ⅰ；高準(zhǔn)確度級(jí)，符號(hào)為○Ⅱ。

2.2靈敏度

靈敏度指的是天平秤盤上每增加1mg質(zhì)量天平指針偏轉(zhuǎn)的格數(shù)。換言之，靈敏度即天平對(duì)物體質(zhì)量變化的感知能力。增加1mg質(zhì)量的物體如果偏移的格數(shù)越多，則表明天平對(duì)重量變化的察覺能力越強(qiáng)，靈敏度越高。

2.3示值重復(fù)性

示值重復(fù)性是指不對(duì)測(cè)量情況做任何變動(dòng)，通過(guò)多次開關(guān)天平，讀取同一測(cè)量物體的示值，觀察示值變化的極差。示值重復(fù)性不可大于1個(gè)分度。

2.4橫梁不等臂性

橫梁不等臂性是指天平橫梁不等臂所帶來(lái)的誤差，天平的橫梁不等臂性誤差的整個(gè)數(shù)值運(yùn)算的最終結(jié)果為正數(shù)時(shí)，表示天平的橫梁右臂長(zhǎng)；結(jié)果為負(fù)數(shù)時(shí)，則表示天平的橫梁左臂長(zhǎng)。

3影響機(jī)械天平靈敏度的主要因素

3.1橫梁臂長(zhǎng)、質(zhì)量以及重心距對(duì)靈敏度的影響

天平在橫梁擾度可忽略和不考慮橫梁質(zhì)量的情況下，天平的靈敏度與天平的臂長(zhǎng)成正比。然而，因?yàn)樘炱綑M梁用于承擔(dān)物體重力，為減少天平受載后的擾度，有一定的強(qiáng)度需求。因此，在增加臂長(zhǎng)的同時(shí)也要增加橫梁的厚度，即橫梁自身的重量增加了，但是橫梁加長(zhǎng)的效果遠(yuǎn)不及橫梁自身重量所帶來(lái)的負(fù)面影響，所以臂長(zhǎng)的增加反而會(huì)導(dǎo)致天平靈敏度的降低。所以，在制造天平橫梁時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用有剛勁而質(zhì)量較輕的材料。同時(shí)，根據(jù)天平的靈敏度公式，重心到支點(diǎn)的距離與天平的靈敏度成反比，所以橫梁的重心距也是影響天平靈敏度的重要因素。

3.2指針長(zhǎng)度對(duì)靈敏度的影響

天平的指針越長(zhǎng)，其靈敏度越高，即兩者成正比，但是由于天平指針的長(zhǎng)度受到設(shè)計(jì)的尺寸限制以及考慮到穩(wěn)定性問(wèn)題，不能無(wú)限增長(zhǎng)，所以長(zhǎng)度受限。因此，在進(jìn)行標(biāo)牌制作時(shí)，可以考慮將標(biāo)牌密刻細(xì)刻，然后通過(guò)光學(xué)儀器進(jìn)行光學(xué)放大，以此提高天平的靈敏度。

3.3刀子、刀墊、刀承材料對(duì)靈敏度的影響

天平的中刀刃以及刀墊在天平使用時(shí)所承載的力最大，因此，中刀刃和刀墊較能影響天平的靈敏度。所以，在制作刀承時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇硬度較高的材料，這樣可以適當(dāng)提高天平的靈敏度。同時(shí)，在使用天平時(shí)，增添或移除砝碼前應(yīng)當(dāng)關(guān)閉天平，升降樞開關(guān)速度也不宜過(guò)快，以免造成天平橫梁傾斜或吊耳脫落，損壞刀口，造成靈敏度降低。

3.4載荷Q、P與透光的影響

支點(diǎn)與兩邊刀刃之間的距離也會(huì)對(duì)機(jī)械天平的靈敏度帶來(lái)一定影響。記支點(diǎn)到兩邊刀刃的距離為D，當(dāng)D>0時(shí)正透光，稱為“正感”，此時(shí)三刀刃為離線情況，隨著重物質(zhì)量的增加，靈敏度隨之降低；當(dāng)D<0時(shí)負(fù)透光，稱為“倒感”，此時(shí)三刀刃為吃線情況，隨著重物質(zhì)量的增加，靈敏度隨之提高。但是如果重物質(zhì)量超出一定范圍導(dǎo)致天平橫梁發(fā)生形變，則會(huì)導(dǎo)致三刀刃向離線的方向發(fā)展，降低天平的靈敏度。

3.5環(huán)境因素對(duì)機(jī)械天平靈敏度的影響

機(jī)械天平作為一種精密儀器，使用環(huán)境也會(huì)對(duì)其靈敏度造成影響。如當(dāng)機(jī)械天平所處的使用環(huán)境冷熱變化，則會(huì)導(dǎo)致天平的橫梁受熱不均，發(fā)生波動(dòng)，帶來(lái)天平臂比的變化，而且冷熱變化還可能引起機(jī)械天平內(nèi)部的連接部件、結(jié)構(gòu)部件發(fā)生一定程度的變化，導(dǎo)致三刀發(fā)生位移、橫梁中心變化、連接松散等問(wèn)題，影響天平的靈敏度。又如機(jī)械天平所處的使用環(huán)境震動(dòng)不斷，可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)械天平的刀承接觸部位產(chǎn)生位移，對(duì)機(jī)械天平的使用造成影響。再如機(jī)械天平所處的使用環(huán)境空氣流動(dòng)過(guò)快，會(huì)使機(jī)械天平在使用時(shí)的平衡位置非正常的平衡位置，對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響很大。對(duì)高精度的機(jī)械天平，空氣中的雜質(zhì)、灰塵等散落在天平上也會(huì)影響機(jī)械天平的精度。

收稿日期：2015-04-26

作者簡(jiǎn)介：戴偉（1978—），女，漢族，江蘇靖江人，大學(xué)本科，靖江市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所 衡器室副主任，工程師，研究方向：電子天平、機(jī)械天平的檢定、維護(hù)保養(yǎng)，衡器的檢定和修理等。