用天平称质量

1、天平的基本知识 天平是一种测量物体引力质量的仪器，其种类繁多，应用广泛，不仅在物理、化学、生物、材料等众 多科学实验中发挥重要的作用，而且作为计量工具，在工农业生产、市场经济和技术部门也发挥了巨大的 作用。 1、天平的分类 天平的分类有各种方法，如按天平结构分类，按天平精度分类，按用途或称量范围分类等。在这里我 们介绍两种分类方法，其他分类方法参阅计量手册和有关书籍。 1）按天平结构分类 等臂天平具有光学读数 机械加码装置 普通标牌天平 阻尼天平 （有阻尼器 ） 杠杆式 结构分类 电子式 扭幅天平 （无阻尼器 ） 等臂双盘天平 微分标牌天平 （具有光学读数部分或全 机械加码及阻尼装置 ） 电感

2、式 电容式 电磁感应式 电阻应变式 2）按量程范围及等级精度分类 托盘天平（低精度天平一般称程范 围在g kg之间） 量程分类 物理天平（一般精度天平,称程范围一般在 g kg之间） 空气阻尼分析天平 分析天平 摆动式分析天平（称为高精度天平 ,量程在mg g之间） 光电式分析天平 2、天平的结构 图 1 为物理天平的结构图 无论是那种天平，天平的结构大致可分为以下几部分： （ 1）横梁是“天平的心脏” ，天平通过它的杠杆作用实现称量，因此横梁的设计、用料、加工都直接 影响它的精度和计量性能。材料一般采用铝或钢合金，高精度天平则采用非磁性的不锈钢或膨胀系数很小 的钛合金。 （ 2）立柱是“天平

3、的脊梁” ，作为支撑横梁的骨架。它是一空心金属柱，垂直地固定在底板上，柱内 有制动器升降杆，可带动梁托架和托盘翼板上下运动。 图 1 物理天平 H止 A横梁； B02 刀口； C立柱； D 刀承； E12 吊耳； F12 秤盘； G止动旋钮； 动架 I铅锤； J 1 2 底脚螺丝； K12 调平螺丝； L指针； M标尺； N游码 图 2 为阻尼式分析天平结构图 图 3 为光电分析天平结构图 图 3 TG-328B 型半自动光电天平 1横梁； 2平衡螺丝； 3吊耳；4指针；5支点； 6框罩； 7圈码； 8 指数盘； 9支柱； 10 梁托架； 11阻尼筒； 12投影屏； 13秤盘； 14盘托； 1

4、5螺旋脚； 16脚垫； 17开关旋钮； 18零点微调杆； 19 变压器； 20电源插头 （ 3）制动系统是控制天平工作和制动横梁及悬挂系统摆动的装置，包括升降杆（立柱内）、盘托等部 件。启动旋扭时，与旋扭相连接的开关轴使升降杆上升，带动梁托架和盘托同时运动，此时中刀落在立柱 的刀承上，左右耳背落在两只边刀上，称盘可自由摆动，使天平进入工作状态。反之，关闭旋扭时，天平 处于休止状态。 4）悬挂系统包括秤盘、吊耳和内阻尼筒等部件。 5）读数系统一般包括两部分，一部分是砝码，另一部分是游码。 6）天平的防护部件，除起到保护天平，还可防止外界气流、热辐射、湿度和灰尘等对称量的影响。 3、天平的主要技术

5、指标 （ 1）天平的载量： 是指天平所能承受的最大称程范围。 （ 2）天平的灵敏度： 是指天平两侧负载相差一个单位质量时，天平指针偏转的分格数。天平的敏度高， 说明天平的性能好。当天平一则增加一小质量m时，指针向另一则偏转 n 个格（ div ），则天平的灵敏度 等于 1） 2） n div m 单位质量 （ 3）天平的感量： 是指天平指针偏转一个分格时所加载的砝码数。数值小，说明天平的性能好，即仪器 的分辨率高。 天平的灵敏度与感量之间的关系互为倒数，则有 1 质量单位 R s div （ 4）天平几个点的概念： 天平的停点是指天平指针摆动时最后所停在的位置；天平的零点是指天平空载 时的停点

6、；天平的平衡点是指天平调节平衡后空载时天平指针的停点；当天平调节为可测量状态时，天平 的零点和天平的平衡点应该是同一个点。 4、天平的测量误差 在用天平称质量时，其测量误差主要来源于以下几个方面： （1）天平的示值误差：这部分误差主要属于系统误差（如天平的不等臂）和随机误差（如每一次读 数的不同）。 （2）分度值误差：这部分误差主要属于系统误差。 （3）砝码误差：这部分误差也属于系统误差。 5、天平的称量方法天平的精密称衡 （ 1）交换称衡法（亦称复称法） 为了观察和消除可能存在的天平不等臂误差（指这种不等臂误差很小时，否则就要作结构调整了） ， 常用的方法就是交换称衡法，即先将被测物体放在左

7、盘，砝码放在右盘，称出质量m左 ，然后将被测物体 放在右盘，砝码放在左盘，称出质量m右 ，观察 m左 和 m右 的差异值 m ，以此判断不等臂误差的情况。 3）公式求出待测物体的质量 m ， 若 m 较小，在天平和砝码的允差范围内，重复多次测量，可以近似用（ 消除天平的不等臂误差。 m（m 左 m右 ）（ 3） 2 交换称衡法适用于各种等臂天平，是物体质量精密测量和砝码检验的基本方法之一，并可对横梁不等臂性 误差进行计算和修正。 （ 2）替换法 直接替换法适用于等臂和不等臂天平，将标准砝码 B 置于右盘上，而把与待测物质量相同（同名义质 量）的平衡重物 T 放在左盘，使天平达到平衡，重复数次，

8、记下平衡点位置LB （或记下此时称量值） 。取 出标准砝码（或取出同样质量的平衡重物） ，换上待测物体 A，若天平的平衡状态被破坏，则在比较盘中 添加或减少标准小砝码 b，使天平重新达到平衡， 重复数次， 记下新的平衡位置 LA（或记下此时的称量值） ， 待测物体的质量由（ 4）式给出 mA mB （LA LB ）S mb（4） S 为最小分度值， mb 为添加或减少的标准小砝码， 第二项由替换前后指针偏转方向所定， 第三项与在比较 盘中是添加还是减少标准小砝码有关。 例 有一待测物 A 约为 100g，试用替换法测定其质量， 标准砝码 mB （100.007 0.007）g 解： 测量数据如

9、表 1 所示 表 1 替换法测定质量 序号 左盘 右盘 读 数 平衡位置 添加小砝码 l1 l2 l3 l4 左盘 右盘 1 T B -0.1 -0.1 +0.1 -0.1 LB 0.1 2 T A +6.6 +6.7 +6.8 +6.8 LA 6.7 由式（ 4）可求出待测物 A 的质量为： mA 100.007 6.7 （ 0.1） 0.0001 0 100.00768（ g） 替换法操作简便，用单臂称量，能消除不等臂性误差。 6、天平使用注意事项 （ 1）天平调节和使用规则的注意事项 水平调节：检查水平仪的水平泡是否居中，若有偏离则表明天平不水平，应调节天平底座的螺旋 脚，使水泡居中。

10、零点调节（天平平衡点的调节） ：当天平空载且指针有偏移时，则调节横梁上的平衡螺丝（调平砝 码），进行水平调节。 加减砝码时，动作必须轻缓，否则会使刀刃急触而损坏，造成计量误差。 一般在用高精度分析天平称量时，应先用物理天平粗测一下样品的质量，再用高精度分析天平精 密测量。 在操作过程中，尽量不要开启天平的前门，取放物体可通过左侧门，取放砝码可通过右侧门，且 开关门时要轻缓。 每次称量时，严禁在天平的工作状态下增减砝码，样品或砝码尽可能地放在称盘中央，以免称盘 晃动磨损刀刃和影响迅速读数。 （ 2）天平砝码使用注意事项 砝码是称量的基准，必须保持其质量的准确性，使用时应注意以下几点 取用砝码时要用镊子， 绝对禁止直接用手拿砝码， 镊子不用时应