本文論述了天平計(jì)量原理、檢定原理，介紹了不常見(jiàn)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(wú)疑是杠桿原理，具體包括一個(gè)杠桿、兩個(gè)力矩等五個(gè)方面，現(xiàn)以200g / 0.1mg 光電分析天平為例進(jìn)行說(shuō)明。 (1) 一個(gè)杠桿 

天平橫梁和鑲嵌的三個(gè)刀子構(gòu)成一個(gè)等臂杠桿，中刀刃為支點(diǎn)，兩個(gè)邊刀刃為力點(diǎn)。如果把橫梁看成是沒(méi)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(shí)杠桿隨遇平衡，橫梁停位可為任意角度；兩端二力不等時(shí)，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(wú)法精確計(jì)量。 (2) 兩個(gè)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(huì)有重量，產(chǎn)生一個(gè)橫梁重心。另外，懸掛系統(tǒng)和盤(pán)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(gè)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(shí)天平達(dá)到平衡。這時(shí)如果給橫梁一側(cè)加重，將產(chǎn)生一個(gè)力矩迫使橫梁偏轉(zhuǎn)，帶來(lái)的重心偏移又自然產(chǎn)生一個(gè)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(chēng)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(dòng)的重心調(diào)節(jié)球，用來(lái)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(chēng)量的盤(pán)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(gè)刀刃在一條直線上（平線），靈敏度就不再受盤(pán)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(pán)中載物和懸掛系統(tǒng)的重量引入后，先把它們?cè)跈M梁兩邊相差重量分出來(lái)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(duì)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(pán)中載物和懸掛系統(tǒng)的介入在支點(diǎn)上新增了一個(gè)合成重心，從這里出發(fā)再與原來(lái)的橫梁重心合成總重心——天平重心。可看出，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(gè)靈敏度。這說(shuō)明，雖然靈敏度總是由天平重心決定的，但是在平線下這個(gè)靈敏度同時(shí)也由橫梁重心決定。 

橫梁自身左右重量的些微不對(duì)稱(chēng)，由兩邊懸掛系統(tǒng)的重量差和橫梁上專(zhuān)設(shè)的兩個(gè)平衡螺母移位來(lái)補(bǔ)償，以保證空盤(pán)零點(diǎn)在0附近。嚴(yán)格地講，平線時(shí)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(shí)查一項(xiàng)或多項(xiàng)，保持稱(chēng)量準(zhǔn)確。 (1) 穩(wěn)定性檢定 

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

   (2) 空盤(pán)靈敏度檢定 

先測(cè)定天平零點(diǎn)，然后在一盤(pán)加10 mg砝碼，指針擺動(dòng)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(pán)靈敏度檢定 

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

這是三刀線性的檢查，如果重盤(pán)靈敏度比空盤(pán)的低，說(shuō)明邊刀連線低于中刀，也稱(chēng)離線，反之為吃線。  - 3 - 

(4) 等臂性檢定 

先測(cè)定天平空盤(pán)零點(diǎn)。然后在左、右盤(pán)各加一個(gè)200 g對(duì)等砝碼，測(cè)出平衡值；交換砝碼，再測(cè)平衡值；二平衡值（包括符號(hào)）相加再除以2便得中值。將中值與空盤(pán)零點(diǎn)作比較，不應(yīng)超過(guò)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(lái)的；中值與空盤(pán)零點(diǎn)的差值是由二臂不等（偏差）帶來(lái)的。 (5) 示值不變性檢定 

示值不變性指在相同情況下多次測(cè)量同一物體，所得測(cè)定結(jié)果的一致性。具體做法是，多次開(kāi)啟天平交替稱(chēng)量空盤(pán)和全載，每次測(cè)量的各自結(jié)果應(yīng)該不變。實(shí)際上每次測(cè)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(chēng)完一次試樣或其它，檢查零點(diǎn)，應(yīng)與稱(chēng)前零點(diǎn)一樣。 3  天平小修理 

使用中的天平，有時(shí)需要進(jìn)行橫梁以外部分的檢查和調(diào)修，也稱(chēng)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(shí)夾在底盤(pán)下的電開(kāi)關(guān)處使燈長(zhǎng)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(gè)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(kāi)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(pán)托；掛有盤(pán)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(shí)，感覺(jué)到的下部間隙與用同樣方法判斷的對(duì)面間隙要相等；再檢查垂直方向下部間隙對(duì)面也要相等。 

間隙不等時(shí)調(diào)轉(zhuǎn)內(nèi)盒方向試一下，無(wú)效再調(diào)節(jié)外盒位置。還無(wú)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(wú)纖維附著。 (3) 刀縫 

直觀檢查：每個(gè)刀縫應(yīng)自身平行，兩個(gè)邊刀縫相等，邊刀縫較小，中刀縫略大。  細(xì)查：去掉盤(pán)托，緩慢打開(kāi)升降扭。在橫梁下落過(guò)程中，兩個(gè)邊刀縫應(yīng)先同時(shí)消失，隨后中刀縫消失，同一刀縫的前后角處也要同時(shí)消失。中刀接觸刀承時(shí)刻從天平一側(cè)觀察，指針下端不應(yīng)前后跳動(dòng)，表示中刀縫前后角處完全一致。長(zhǎng)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(guò)程中微分標(biāo)尺不得晃動(dòng)，平穩(wěn)過(guò)渡到自由擺動(dòng)。 - 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(xiāo)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(gè)支力銷(xiāo)應(yīng)在一條直線上，這樣開(kāi)啟天平后吊耳（掛有內(nèi)阻尼盒和盤(pán)子）就不會(huì)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(xiāo)；然后查看邊刀縫大小，如不合適上下調(diào)節(jié)支力銷(xiāo)。 

   (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(wú)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(kāi)啟天平在微分標(biāo)尺范圍內(nèi)自由擺動(dòng)時(shí)，擺動(dòng)部分與固定部分無(wú)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(duì)勾的正中間；前后位置——從天平一側(cè)觀察，勾在上下移動(dòng)時(shí)每一對(duì)勾的兩個(gè)掛碼點(diǎn)的連線應(yīng)正交經(jīng)過(guò)架的相應(yīng)凹槽。    (5) 盤(pán)托 

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

實(shí)際中，也有不用盤(pán)托改為精心操作制動(dòng)的。加完被稱(chēng)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(pán)子使盤(pán)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(pán)子使盤(pán)子穩(wěn)定。一般情況下，關(guān)閉的天平盤(pán)子不擺動(dòng)，開(kāi)啟后就不會(huì)擺動(dòng)。    (6) 刀刃 

懷疑刀刃有問(wèn)題，取下橫梁用指甲輕刮刀刃，感覺(jué)光滑一般是好的，感覺(jué)有缺口或鋸齒狀應(yīng)送專(zhuān)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(kāi)升降扭，右手轉(zhuǎn)動(dòng)橫梁使指針下部從左邊露出，便可無(wú)碰觸地取下橫梁。取下過(guò)程中注意保護(hù)刀刃，也不用手觸摸微分標(biāo)牌。