天平的由来和作用

Question

如题所述

Answer 1

天平是一种用于称量物体质量的衡器，也称作托盘天平。
传统的天平通常精确度不高，由托盘、刻度尺、指针、标尺、游码和砝码等部分组成，其精确度一般为0.1克或0.2克。
天平的工作原理基于杠杆平衡原理。天平由支点（轴）在梁的中心支着天平梁形成两个臂，每个臂上挂着一个盘。其中一个盘放置已知重量的物体，另一个盘放置待称重的物体。固定在梁上的指针在不摆动且指向正中刻度时的偏转，就指示出待称重物体的重量。
使用天平时需要注意以下几点：
1. 天平应放置在水平的地方。
2. 确保天平左右平衡。
3. 砝码不能用手拿，而应使用镊子夹取。
天平的历史悠久，东魏时期就有使用天平，称为东魏的天平。日本圣武天皇时期也有使用天平，称为日本的天平。
天平有狭义和广义之分。狭义的天平特指双盘等臂机械天平，利用等臂杠杆平衡原理，将被测物与相应砝码比较衡量，从而确定被测物质量。广义的天平则包括双盘等臂机械天平、单盘不等臂机械天平和电子天平三类。
双盘等臂机械天平根据结构可分为普通标牌天平、微分标牌天平和架盘天平三种，根据用途可分为检定天平、分析天平、精密天平和普通天平四种。
检定天平用于计量部门、商检部门或其他有关部门或工厂，专门用来检查或校准砝码。
分析天平用于化学分析和物质精确衡量，其最小分度值通常小于最大称量的10^-5。分析天平可按衡量范围和最小分度值分为常量天平、半微量天平、微量天平和超微量天平。
精密天平广泛应用于各种物质的精密衡量，其最小分度值通常为最大称量的10^-5至10^-4。
普通天平用作物质的一般衡量，其最小分度值等于或大于最大称量的10^-4。
普通标牌天平主要由立柱、横梁、吊挂系统、底座和制动装置组成。立柱垂直固定在底座上，用以支撑横梁。立柱下部装有分度牌，顶部装有托架，在天平不工作时支托横梁。横梁中部装有一把中刀，作为支点。中刀两边装有两把边刀，分别作重点和力点，起承受和传递载荷的作用。中刀下横梁底面装有指针，指针上固定有可上下移动以调节横梁重心位置的重心砣，起调整天平灵敏度的作用。横梁顶部刻有分度标尺，标尺上有一移动游码。横梁两端还装有可调整天平空载平衡位置的平衡螺母。
吊挂系统包括小吊环、挂盘架和秤盘。挂盘架吊挂在小吊环吊钩上，两把边刀分别通过小吊环承受秤盘砝码和被称物的重力。
底座装有两个调整天平水平的螺旋调整脚，底座上面还安置有水准器以显示天平的水平度。调整水平是为避免天平不水平而产生称量误差。
制动装置主要由开关旋钮、开关轴和偏心凸轮（或连杆）组成。转动旋钮使凸轮（或偏心连杆）偏转一定角度，即可使立柱中的升降杆上下移动，通过中刀承将横梁托起或落下，以开启或关闭天平。
微分标牌天平结构与普通标牌天平相似，不同之处在于横梁指针下端装有微分刻度牌，立柱下端装有用以放大并在投影屏上显示微分读数值的电光系统，吊挂系统增加了套筒式空气阻尼器，称量时能使横梁迅速停止摆动，便于定点准确读数。在天平外框罩上装有凸轮杠杆式或其他形式的部分量程机械加码（一般为10～999mg）或全量程机械加码装置，以代替人工加码。微分标牌天平的最小分度值一般都在0.1mg以上，准确度也比普通标牌天平高。
架盘天平是一种双托盘天平。秤盘安放在横梁两边刀上方的盘架上，秤盘和托盘架重心高于横梁支点。砝码或被称物在处于秤盘前后位置时会引起秤盘盘架和横梁前后倾侧，在处于秤盘左右位置时会引起秤盘盘架的左右倾倒。为克服此缺点，架盘天平采取了加长中刀、边刀和加宽刀架的措施，并在结构设计上采用了罗伯威尔机构。在罗伯威尔机构中，杆杆AB、A'B'与纵杆AA'、BB'、支柱EE'铰链连接，组成两个相等的平行四边形AA'E'E和EE'B'B。当大小相等的力P、P'分别作用于左右横臂上时，对支柱来说，即使作用的位置不对称，也能水平地平衡。无论AB如何倾斜，AA'、BB'都与支柱EE'平行。从EE'的左侧来看，当将与纵杆AA'的距离为d的力P作用于横臂上时，就有一个与P大小相等、方向相同的力作用于A和A'点;同时，有一个值为P·d的转矩作用于纵杆AA'，从而在A点将杠杆拉向左侧，而在A'点将杠杆推向右侧。但由于杠杆受到EE'点的限制，在A、A'上将分别产生大小相等、方向相反的反作用力f、f'，从而形成一个与P·d相等的反向转矩f·s(f'·s)，结果P·d转矩被f·s(f'·s)所平衡。最后，在A、A'上只有与P相等的力起作用，而与P在横臂上的作用位置d无关。这种情况在EE'的右侧也完全相同。
单盘不等臂机械天平也是以杠杆平衡原理设计的。工作时，在加上被衡量物体后，减去悬挂系统上的砝码，使横梁始终保持全载平衡状态。所减砝码质量加上微分度牌读数值，就是被衡量物体的质量。
电子天平是传感技术、模拟电子技术、数字电子技术和微处理器技术发展的综合产物，具有自动校准、自动显示、去皮重、自动数据输出、自动故障寻迹、超载保护等多种功能。电子天平通常使用电磁力传感器(见称重传感器)，组成一个闭环自动调节系统，准确度高，稳定性好。电子天平的工作原理如图5所示。当秤盘上加上被称物时，传感器的位置检测器信号发生变化，并通过放大器反馈使传感器线圈中的电流增大，该电流在恒定磁场中产生一个反馈力与所加载荷相平衡；同时，该电流在测量电阻Rm上的电压值通过滤波器、模／数转换器送入微处理器，进行数据处理，最后由显示器自动显示出被称物质量数值。
此外，天平还可以指其他事物，如东魏的天平、日本的天平、香港新界北区的一个公共屋邨名为天平邨，以及黄道星座之一的天平座。