本文論述了天平計(jì)量原理、檢定原理，介紹了不常見的小修經(jīng)驗(yàn)；有助于使用者排除天平一般故障，判斷天平準(zhǔn)確性，決定送檢送修等。 1 天平計(jì)量原理 

機(jī)械分析天平計(jì)量原理無疑是杠桿原理，具體包括一個杠桿、兩個力矩等五個方面，現(xiàn)以200g / 0.1mg 光電分析天平為例進(jìn)行說明。 (1) 一個杠桿 

天平橫梁和鑲嵌的三個刀子構(gòu)成一個等臂杠桿，中刀刃為支點(diǎn)，兩個邊刀刃為力點(diǎn)。如果把橫梁看成是沒有重量的剛性直絲，根據(jù)杠桿平衡原理，施于橫梁兩端的二力相等時杠桿隨遇平衡，橫梁停位可為任意角度；兩端二力不等時，橫梁豎起，重端在下。如此只能比較二力大小，差多少并不知道，無法精確計(jì)量。 (2) 兩個力矩 

實(shí)際的天平橫梁并非極細(xì)的剛性直絲，本身有一定尺寸就會有重量，產(chǎn)生一個橫梁重心。另外，懸掛系統(tǒng)和盤中載物的重量集中到二邊刀后再與橫梁重心結(jié)合，又產(chǎn)生一個總體合成重心，這里叫它天平重心。正常天平的天平重心與支點(diǎn)并不重合，當(dāng)天平重心處于支點(diǎn)下方時天平達(dá)到平衡。這時如果給橫梁一側(cè)加重，將產(chǎn)生一個力矩迫使橫梁偏轉(zhuǎn)，帶來的重心偏移又自然產(chǎn)生一個恢復(fù)力矩，偏轉(zhuǎn)越多恢復(fù)力矩越大，直到再次平衡為止。兩次平衡間的偏轉(zhuǎn)角代表了加重值，相當(dāng)?shù)馁|(zhì)量直接顯示在微分標(biāo)尺上。 

被稱物體的質(zhì)量等于砝碼質(zhì)量加上微分標(biāo)尺顯示的質(zhì)量。 

重心出現(xiàn)，力矩出現(xiàn)，天平穩(wěn)態(tài)出現(xiàn)，這比解釋成單一杠桿又深了一層。 (3) 靈敏度 

靈敏度是以一側(cè)邊刀上的增重與橫梁偏轉(zhuǎn)角之間關(guān)系定義的，同樣的偏轉(zhuǎn)角需要的增重越小表示靈敏度越高。 

橫梁越輕、橫梁重心與支點(diǎn)距離越近，則同樣偏轉(zhuǎn)角的恢復(fù)力矩越小，需要與之平衡的邊刀上的增重越小，所以靈敏度越高。 

橫梁上設(shè)有可上下移動的重心調(diào)節(jié)球，用來改變橫梁重心位置，以備調(diào)節(jié)靈敏度到正確值。調(diào)節(jié)球往上移靈敏度增高，反之降低。靈敏度不能低也不能高，應(yīng)使微分標(biāo)尺與砝碼計(jì)量一致。 (4) 三刀直線性 

由于每次稱量的盤中載物重量差別可能很大，以致天平重心不固定，靈敏度就不固定。改善的方法是使三個刀刃在一條直線上（平線），靈敏度就不再受盤中載物和懸掛系統(tǒng)影響，只取決于橫梁重心。分析以上結(jié)論：盤中載物和懸掛系統(tǒng)的重量引入后，先把它們在橫梁兩邊相差重量分出來看成與偏轉(zhuǎn)角相應(yīng)部分相抵，所剩下的兩邊相等的重量集中到各自邊刀后再合成的重心在平線且等臂情況下就恰好位于支點(diǎn)上，不再對橫梁產(chǎn)生扭力，所以決定靈敏度的只有橫梁重心。 

另種分析：上面已得知盤中載物和懸掛系統(tǒng)的介入在支點(diǎn)上新增了一個合成重心，從這里出發(fā)再與原來的橫梁重心合成總重心——天平重心?？煽闯?，天平重心比橫梁重心重力擴(kuò)大的倍數(shù)恰好等于與支點(diǎn)距離縮小的倍數(shù)，進(jìn)而推出二重心的恢復(fù)力矩?zé)o論偏轉(zhuǎn)角大小總是相等的，它們決定了同一個靈敏度。這說明，雖然靈敏度總是由天平重心決定的，但是在平線下這個靈敏度同時也由橫梁重心決定。 

橫梁自身左右重量的些微不對稱，由兩邊懸掛系統(tǒng)的重量差和橫梁上專設(shè)的兩個平衡螺母移位來補(bǔ)償，以保證空盤零點(diǎn)在0附近。嚴(yán)格地講，平線時真正起作用的橫梁重心包括這些補(bǔ)償重量，雖然補(bǔ)償量很小。                     (5) 線形刀刃 

杠桿原理已抽象成平面圖，而實(shí)物是立體的，支點(diǎn)、力點(diǎn)變成了線形刀刃，就增加了天平的復(fù)雜性。中刀應(yīng)垂直于橫梁，邊刀平行于中刀（處于同一平面且前角距等于后角距），有此基礎(chǔ)才可言三刀直線性和等臂性，為此在邊刀盒上設(shè)置了限位用的各向調(diào)節(jié)螺絲。 2  天平檢定 

天平計(jì)量性能檢定指標(biāo)有四項(xiàng)——穩(wěn)定性、靈敏性、正確性和不變性。檢定方法通常采用標(biāo)準(zhǔn)的成套檢定步驟，本文根據(jù)天平原理把它拆分成單項(xiàng)檢定方法，不僅便于理解，還方便使用者自查，隨時查一項(xiàng)或多項(xiàng)，保持稱量準(zhǔn)確。 (1) 穩(wěn)定性檢定 

穩(wěn)定性指平衡受到擾動后仍能回到原來平衡位置的能力。有的天平示值出現(xiàn)容易察覺的微動，即便幅值比一個分度小得多，也應(yīng)判定有問題；直觀感覺停點(diǎn)穩(wěn)定，示值容易讀出，就是好的。 

   (2) 空盤靈敏度檢定 

先測定天平零點(diǎn)，然后在一盤加10 mg砝碼，指針擺動應(yīng)為100±1分度。如果標(biāo)尺不夠用，事先調(diào)零點(diǎn)到合適位置。 

靈敏度檢定就是檢查里外相符，里是微分標(biāo)尺，外是砝碼。砝碼是標(biāo)準(zhǔn)；微分標(biāo)尺是代砝碼，要用砝碼校正。 (3) 重盤靈敏度檢定 

左、右盤各加一個200 g對等砝碼（成對砝碼，質(zhì)量接近為好），用前面方法再測靈敏度，應(yīng)為100±1分度。 

這是三刀線性的檢查，如果重盤靈敏度比空盤的低，說明邊刀連線低于中刀，也稱離線，反之為吃線。  - 3 - 

(4) 等臂性檢定 

先測定天平空盤零點(diǎn)。然后在左、右盤各加一個200 g對等砝碼，測出平衡值；交換砝碼，再測平衡值；二平衡值（包括符號）相加再除以2便得中值。將中值與空盤零點(diǎn)作比較，不應(yīng)超過9分度，越小越好。 

交換砝碼發(fā)生平衡值改變是由砝碼質(zhì)量不等帶來的；中值與空盤零點(diǎn)的差值是由二臂不等（偏差）帶來的。 (5) 示值不變性檢定 

示值不變性指在相同情況下多次測量同一物體，所得測定結(jié)果的一致性。具體做法是，多次開啟天平交替稱量空盤和全載，每次測量的各自結(jié)果應(yīng)該不變。實(shí)際上每次測量總有微小差別，但不能改變讀數(shù)。 

其中零點(diǎn)不變性適合經(jīng)常檢查，每稱完一次試樣或其它，檢查零點(diǎn)，應(yīng)與稱前零點(diǎn)一樣。 3  天平小修理 

使用中的天平，有時需要進(jìn)行橫梁以外部分的檢查和調(diào)修，也稱小修理，介紹如下。  (1) 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng) 

光路不正常，用紙板臨時夾在底盤下的電開關(guān)處使燈長明。把一小塊透亮兒白紙放到聚光管出光處，調(diào)節(jié)燈頭位置使紙上的光點(diǎn)呈圓、亮、較大；撤去白紙調(diào)節(jié)兩個平面反光鏡使投影屏明亮；調(diào)節(jié)物鏡筒使讀數(shù)清晰。zui后開啟天平檢查，微分標(biāo)尺圖像應(yīng)水平并處在投影屏上下居中。    (2) 阻尼器 

內(nèi)外阻尼盒四周間隙是否一致的檢查方法：確認(rèn)天平處于水平位置；去掉盤托；掛有盤子情況下觀察內(nèi)外盒上部一圈間隙要均勻；用手向下按內(nèi)盒頂部的一邊使內(nèi)盒歪斜至下部觸碰外盒時，感覺到的下部間隙與用同樣方法判斷的對面間隙要相等；再檢查垂直方向下部間隙對面也要相等。 

間隙不等時調(diào)轉(zhuǎn)內(nèi)盒方向試一下，無效再調(diào)節(jié)外盒位置。還無效摘下橫梁去掉外盒觀察內(nèi)盒懸掛是否歪斜，如是可調(diào)整吊環(huán)使內(nèi)盒上平側(cè)直。裝上外盒確認(rèn)外盒也平直，再調(diào)節(jié)外盒位置使內(nèi)外盒間隙相等。 

間隙正常仍有擦碰，取出內(nèi)盒擦拭并迎光照看表面有無纖維附著。 (3) 刀縫 

直觀檢查：每個刀縫應(yīng)自身平行，兩個邊刀縫相等，邊刀縫較小，中刀縫略大。  細(xì)查：去掉盤托，緩慢打開升降扭。在橫梁下落過程中，兩個邊刀縫應(yīng)先同時消失，隨后中刀縫消失，同一刀縫的前后角處也要同時消失。中刀接觸刀承時刻從天平一側(cè)觀察，指針下端不應(yīng)前后跳動，表示中刀縫前后角處完全一致。長明燈下觀察，橫梁下落前微分標(biāo)尺的0刻度應(yīng)在屏幕左右居中；下落過程中微分標(biāo)尺不得晃動，平穩(wěn)過渡到自由擺動。 - 4 - 

刀縫不符合要求，先調(diào)中刀縫，摘下左右懸掛系統(tǒng)，調(diào)節(jié)支撐橫梁用的支力銷使中刀縫大小合適，指針不跳，微分標(biāo)尺0刻度居中，橫梁水平。下步調(diào)邊刀縫，先查看邊刀刃與其前后兩個支力銷應(yīng)在一條直線上，這樣開啟天平后吊耳（掛有內(nèi)阻尼盒和盤子）就不會傾斜；若吊耳落下還有些傾斜，再左右微移一下較偏的支力銷；然后查看邊刀縫大小，如不合適上下調(diào)節(jié)支力銷。 

   (4) 機(jī)械加碼裝置 

熟悉加碼裝置的正常狀態(tài)是必要的。 

加碼桿、加碼勾、承碼架，各自排列一致無歪斜成一整體，相互之間平行。 

加碼勾上下位置——加碼架掛有一部分掛碼情況下開啟天平在微分標(biāo)尺范圍內(nèi)自由擺動時，擺動部分與固定部分無碰觸，并在可擺區(qū)間取中；左右位置——勾全部落下后承碼架應(yīng)該在每一對勾的正中間；前后位置——從天平一側(cè)觀察，勾在上下移動時每一對勾的兩個掛碼點(diǎn)的連線應(yīng)正交經(jīng)過架的相應(yīng)凹槽。    (5) 盤托 

盤托是防止盤子擺動的裝置，托盤力要調(diào)到盡量小，其實(shí)很難調(diào)到zui好，空盤和重盤同時調(diào)好就更難。關(guān)閉的天平，有了盤托確實(shí)不再擺動，但是不能保證懸掛系統(tǒng)處于獨(dú)立穩(wěn)位，天平一旦開啟離開盤托反而要擺動。 

實(shí)際中，也有不用盤托改為精心操作制動的。加完被稱物和砝碼后，順手用鑷子尖輕輕點(diǎn)住較大的砝碼（半機(jī)械加碼）或盤子使盤子穩(wěn)定；試樣側(cè)順手用小勺輕輕點(diǎn)住試樣或用紙條點(diǎn)住盤子使盤子穩(wěn)定。一般情況下，關(guān)閉的天平盤子不擺動，開啟后就不會擺動。    (6) 刀刃 

懷疑刀刃有問題，取下橫梁用指甲輕刮刀刃，感覺光滑一般是好的，感覺有缺口或鋸齒狀應(yīng)送專業(yè)廠修理。 

取下橫梁的方法：摘下掛碼和懸掛系統(tǒng)，右手拿著指針上部把橫梁略微托起，左手打開升降扭，右手轉(zhuǎn)動橫梁使指針下部從左邊露出，便可無碰觸地取下橫梁。取下過程中注意保護(hù)刀刃，也不用手觸摸微分標(biāo)牌。