归晓华

【摘要】影响机械天平计量性能因素很多，主要表现在其稳定性、灵敏性、正确性以及示值不变性。本文阐述了天平的基本含义以及分类，并对天平的性能、影响机械天平计量性能的主要因素以及影响天平计量性能原因分析和处理办法进行浅析。

【关键词】机械天平;计量性能;影响因素;处理办法

1.天平的含义及其分类

天平在我们的日常生活中随处可见，其利用杠杆原理能够确定被测物体的质量。但天平并不是在任何时候都能保证其测量结果的精准，它的正常使用必须满足一定的计量要求。从广义上讲，天平包括电子天平、单盘不等臂机械天平以及机械天平3类。

从狭义上讲，天平是依据等臂杠杆原理确定被测物体质量的一种工具，即所谓的双盘等臂天平。双盘等臂天平根据其组成结构分为架天平、微分标牌天平和普通标牌天平3种，按其用途分为普通天平、精密天平、分析天平以及检定天平4类。

2.天平的计量性能

天平的基本计量性能主要包括示值不变性、正确性、灵敏性以及稳定性。天平的示值不变性主要表现在多次测量一个物体的测量结果是保持不变的，其灵敏性主要体现在天平秤盘上物体质量发生微小变化时便能迅速作出反应，另外，若其受到干扰又自动摆至平衡位置的性能体现了其稳定性。

2.1 天平的稳定性

天平的稳定性是指天平在受到外界干扰后失去原来的平衡位置，但经过自身调节可以回到平衡位置的性能。天平的稳定性就是衡量天平平衡重要指标。天平衡梁的重心位置直接影响着天平的稳定性。

一般情况下，衡梁的重心在天平支点的下方，但不是越低越好，衡梁重心过低会对天平的灵敏性造成一定的影响。反之，若衡梁的重心在支点的上方或与支点重合，会降低天平的稳定性。因此，我们要定期对天平进行计量检定，如正确性、灵敏性等。

2.2 天平的灵敏性

天平的灵敏性主要是指天平对被测物体质量的变化作为应有的反应，也是指天平对秤盘上物体质量变化的觉察能力。通常情况下，天平的灵敏度具有某些确定的量值。即天平平衡后，在秤盘上加载单位砝码时，相应标牌上指针移动的距离。我们将指针尖端的角位移或线位移与单位砝码的质量之比称为天平的灵敏度。

由此可知，天平的灵敏度与被测物体的质量无关，它与单位砝码的质量引起的指针尖端的位移量有关。天平指针尖端偏移越大，天平的灵敏度越高。但天平标牌上的分度数与单位砝码质量有关，因此单位砝码质量越小，天平的灵敏度越高。

2.3 天平的示值不变性

天平的示值不变性主要体现在保持天平原有状态的基础上多次开启天平，使天平在相同的条件下，再现其平衡位置。对于同一物体经多次测量所得结果可靠程度一致是天平示值不变性的特点。

經多次测量所得结果变动性越小，越表明天平示值不变性好。反之则表明该天平的示值不变性较差。天平的示值不变性除与衡梁有关外，还与天平称重重心有关，尤其是静电、震动、气流、温差、操作情况以及三刀的调整状态有关。

2.4 天平的不等臂性

天平的不等臂性通常又称之为天平的正确性，是用来衡量天平两臂之间的长度比是否具有固定关系。对于等臂天平而言，衡梁两臂之间长度比应是1：1，符合一定的要求。

若衡梁两臂在长度上存在一定的偏差，势必会造成天平的测量误差，造成测量结果失准。另外，随着被测物质量的不断增加，不等臂造成的误差也随之加大。但对于不等臂天平而言，其不存在不等臂误差。

对于等臂天平而言，测量质量相同的砝码，在理论上天平保持平衡，但在实际使用过程中难以保证天平两臂绝对相等，因此即便是秤盘中砝码质量相等，也难以保证天平能返回到平衡位置，并且这种误差会随着砝码质量的不断增加而加大。

3.影响机械天平计量性能的主要因素

在日常生活中，通常会不定期检查天平的计量性能并及时作出调整，只有这样才能保证天平具有最佳的测量状态。但是经过对天平结构以及天平实质的分析，才能更好的了解影响天平计量性能的主要因素。如升刀螺丝、水平调节螺丝以及重心砣等，虽然其功能不同，但其决定着天平的两个重要因素：结构因素和重心因素。

3.1 结构因素

天平的结构主要体现在其支点和两个力点之间的相对位置，它直接影响着天平的示值性和正确性，对天平的灵敏度和稳定性有着决定性因素。通常情况下，我们将天平结构中的两个力点和支点称为影响其结构的关键点，它直接影响着天平的准确性。力点和支点的不稳定会造成天平结构的不稳地，甚至会影响天平计量性能。

3.2 重心因素

天平的重心因素一般指天平中点和重心点之间的相对位置，它关系着天平的灵敏性和稳定性，甚至在一定程度上对天平的示值不变性和正确性带来一定的影响。天平状态分为稳定状态，随遇平衡状态和不稳定状态3种。若天平的重心不稳，很难保证其稳定状态或随遇平衡状态。

稳定或平衡状态是指当物体平衡时，天平的重心和支点保持重合，在这种状态下，天平的力臂恒为零，但这是天平的理想状态，在实际使用过程中很难实现，因此我们一般会最大限度缩短重心和支点之间的距离，以此接近天平的随遇平衡状态。不平衡状态是指重物在到达平衡位置时物体重心在支点的上方。这样的状态就像跷跷板一样，稍微受到外界干扰便会失去稳定，进而导致天平的准确性和稳定性将至最低，甚至不能进行测量。导致这种现象的主要原因是其天平的重心在支点以上。

3.3 影响机械天平计量性能的两种主要因素要相互配合

调整天平计量性能要保证协调进行、全面兼顾。处于最佳状态下的天平，既要具有较高的灵敏度又要保证趋于平衡状态，因此应使其支点稍高于衡梁的重心，同时又低于两力点的连线，这样才能保证三点处于稳定状态。

在测量物体时，衡梁因承载物体而发生弹性变形，从而使两力点与支点趋于同一直线上，提高了天平的灵敏度。天平两臂长度应趋于数学比，才能从根本上确保天平测量值的正确性。其三刀刀刃极近平行，才能将力点与支点控制在最小范围内，保证天平的示值不变性。

4.影响天平计量性能原因分析和处理办法

4.1 影响天平稳定性的主要因素及处理办法

影响天平停点慢的因素主要体现在两方面：一方面是指针的长短，另一方面是衡梁重心的高低。因此在计量检定时首先要检定天平指针的长度是否满足设计要求。若指针长度过长或过短要及时进行调整。若指针长度符合要求，就要檢测天平衡梁的重心，衡梁重心过高会延长停点的时间。因此在处理天平停点问题上要综合考虑。

天平指针不摇摆。天平指针不管是全载或空载时都不摇摆，停止在任意位置。造成这种现象的主要原因一方面是可能指针和标牌之间有摩擦，另一方面在天平支点和衡梁重心之间出现重合，这时要及时调整重心螺丝就可解决问题。

4.2 影响天平灵敏性的主要因素及处理办法

重心过低或过高都会降低天平的灵敏性，这时可通过调整重心位置或更换器具来提高天平的灵敏性。周围环境在一定程度上影响着天平的灵敏性，因此存放天平的环境不宜过于潮湿，应选择通风干燥的环境，最好寻找窗口向北开放的位置。另外，天平周围存放的热源，如照明灯、烘箱、电炉、暖气等，要保证和天平之间的距离，防止天平两臂因受热不均降低其灵敏度。

天平的零部件对在一定程度上影响着天平的正常使用，因此要定期检查零部件的使用年限，避免因其零部件自身性能或安装问题降低天平的灵敏度，进而增大天平的测量误差，影响其测量结果。在使用天平进行测量时，要尽可能的消除平台的震动对测量结果的影响，通常情况下，在天平放置平台上装设防震保护功能。

全载或空载灵敏度不一致，即吃线和离线。天平全载时的灵敏度高于空载时通常表现为吃线，全载灵敏度低于空载时通常表现为离线。一般情况下，可通过降低或升高三刃刀成平线来解决故障。因此天平两臂的长度比是直接影响着天平的测量精度，这个比例直接决定着天平的测量误差，其也是天平计量性能的重要指标之一。

4.3 影响天平不等臂性的主要因素及处理办法

要想保证天平具有良好的稳定性和平衡性，必须具有正确固定的两臂长度比。天平在进行测量过程中，两臂之间的长度比至关重要。影响天平不等臂性因素主要有应力关系，温度差以及材质问题。

应力关系。天平两臂之间的长度比是由天平衡梁上刀刃间的距离决定的，而螺丝的位置直接关系着三把刀之间的位置。因此要想确保天平两臂之间的长度比必须固定螺丝的位置。天平在长期的使用过程中，会受到自身或外界环境的变化，如螺丝的松紧、震动以及温度的变化等，这些因素都会在一定程度上给天平造成损伤，甚至脱离原来的位置，从而造成天平不等臂现象，影响其测量误差。

温度差的影响。天平衡梁是金属制品，其受热不均或周围环境发生变化会出现热胀冷缩现象，进而对天平测量造成误差，不利于科学研究。

材质问题。制造天平厂商因选择不合格材质，或零部件老化、安装失误等原因造成天平不等臂现象，进而影响天平的测量误差。

5.总结

要全面认识影响机械天平性能的主要因素，才能保证在调整天平的过程中具有正确的方向。同时，要明确天平各机构的的主要功能，以便能快速的调整好其计量性能。影响机械天平计量性能的因素很多，但各因素之间存在一定的联系，因此在实际使用过程中，要根据具体情况，抓住影响其计量性能的主要因素，才能提升其使用价值，延长其使用寿命。

参考文献

[1]陈琳.天平的计量性能分析及故障处理[J].时代经贸，2012 （14）：23.

[2]马红濠，颜文柱，郑钰洲等.天平计量性能故障的原因分析和处理[J].山东工业技术，2013（4）：30.

[3]臧洪涛.关于天平的计量性能及故障处理的研究[J].黑龙江科技信息，2012（32）：87.