浅谈天平的示值变动性及调整技术

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[摘 要]机械天平的示值变动性是天平计量性能的一个重要指标，文章分析了机械天平示值变动产生的原因，并根据实际经验介绍了控制机械天平示值变动的关键技术。

中图分类号：TH715.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）35-0234-01

1、引言：

示值变动性定义：天平示值不变性是指天平对同一物体连续重复测量，各次所得结果的一致性程度。实际使用的天平，对同一重物连续测量所得到的结果往往彼此不相同。从而，人们可以通过天平示值变动性来反过来观察天平示值不变性的好坏。也就是说，变动性越小，就意味着天平示值不变性好；反之，变动性越大，就意味着天平示值不变性越差。可见，天平示值变动性实际上就表示了衡量结果的可靠性。

2、影响天平示值变动性的原因

影响天平示值变动性的基本原因就是天平所受的合力矩的改变，从而引起了平衡位置的微小变化。至于为什么能引起这个合力矩产生变化，必须对具体问题、具体条件进行分析之后才能知道。

概略地说，影响天平示值变动性的具体因素可能是下述原因所引起的：

（1）温度影响

①温度不稳定，横梁两臂不均匀受热，破坏了原来的臂比关系。

②横梁材料在各点上线胀系数不一致，或两侧材料不均匀，使得即使两臂均匀受热，但变化速率和大小不一致，从而破坏了原来的臂比关系。

③温度变化时，横梁不仅在长度方向发生变化，并且在高度和厚度方向上也发生了变化，因此，吃离线hm，重心距hc和游码标尺相对于支点刀刃位置hc都要产生变化，从而天平的示值发生改变。

④横梁上的固定螺钉紧固时用力不一样，或者由于材料不同，线胀系数不同，在温度变化的情况下，都可能产生装配应力，随着时间的推移，这些应力就要释放，从而有时会出现使刀子或刀套改变原来装配位置的状态。这样，由于这种位移，也能使天平示值改变。

⑤由于天平罩内温度不均匀，或者是外界不均匀辐射，使得罩内空气对流或振动，从而影响了天平的示值。

（2）天平的刀子和刀承的配置状态的影响。

①各刀线不互相平行，而吊挂系统又补偿得不好，使得当把同一砝码在同一秤盘的不同位置时支点O产生的力矩不等。这就是平常人们常说的四角误差。

这个问题，我们在实际的工作中是经常遇到的，为了提高衡量结果的可靠性，所以在天平检定规程中规定了所谓“压四角”的办法。

②刀和刀承加工精度不高，刀刃有明显的缺口、毛刺，刀刃虽无缺口但直线性不好，刀刃的曲率半径在不同位置上的变化、刀子的工作刃角加工的两边不对称（亦即刀子有偏角现象），刀平面性不好，光洁度不高，凹凸不平且有穿过刀刃工作区间的可见划痕，……这些都会引起变动性。

③横梁起升机构定位不好，使得相邻两次开关天平时，刀与刀承的接触位置有变化或使臂比关系发生变化，或使接触处的滚动摩擦力矩发生变化。

④刀子在横梁上固定不牢、松动，在不同的载荷作用下或不同温度条件下，甚至在同一载荷作用下多次开关天平的情况下，使刀刃线位置或刀距位置发生变化，从而改变了臂比关系、he及hm。

⑤刀子和刀垫的清洁状况见附着物：有粉尘、有纤维、有表面附着水而且左右不同的时候形成横梁带针现象，也能产生示值变动性。

⑥吃离线hm过大，而托盘定位又不太好，或天平有“耳折”现象，或二边刀与边刀承之间的间隙不一致，中刀缝前后不一致，致使开启天平时，横梁扭动，秤盘晃动，摇摆，这些都能产生示值变动性。

（3）使用游码时，每次取放，落位不一致，甚至有不落槽的现象，也会引起变动性。

（4）读数机构定位不好，有滑动现象，例如电光天平的微分标尺的投影机构松动，每开关一次天平变动一次，或用来读数的标准线本身定位不好，随着开关次数不同而有不同的位移，从而引起读数误差，虽然天平本身并未变化，但却误认天平有变动性。

指针松动，标尺架松动，微标尺松动等等，也照样能引起天平示值变动。

（5）横梁重心铊和平衡铊及螺杆松动引起横梁重心的铅直方向和水平方向的改变，从而产生变动。

（6）外界振动

由于外界振动，使得刀子和刀垫接触状态改变使刀子刃口崩缺，曲率半径发生变化，从而引起天平的变动。

（7）气流

天平外罩不严密，有明显的缝隙。外界的气流进入天平内作用到秤盘及横梁上去，使天平产生变动性。

（8）水平变动

①天平底脚螺丝与螺母配合过松，在外界振动作用下或进行开关天平、升降托盘、交换砝码、替代砝码等项操作时施加了外力，使天平位置有所改变，使天平底板的水平状态改变，从而影响到中刀承水平状态的改变。

②立柱松动或摇晃，致使天平摆动时，中刀承水平状态发生变化。

③中刀相对于中刀承座松动，在天平摆动时，水平状态发生变化。

由于上述原因，只要能导致中刀垫水平状态发生变化，就会产生天平的变动性。

3、控制变动性的关键技术

因为产生变动性的原因很多，错综复杂，根据变动现象目前从实践当中总结出四条，认识的还不够全面，总结得还不够深刻，有一定局限性，但有一点要记住：不要因有一点小问题就冒冒失失动手去解决，粗心大意，往往事如愿违，适得其反。要仔细全面的观察，把所有问题归纳到一起，进行系统地、深刻地分析研究，缩小怀疑的范围，做到有的放矢。抓住关键，解决主要矛盾。控制天平变动性的关键与要领，主要是抓“三关” 。

（一） 抓住刀口质量关

横梁是天平的“心脏”，刀口又是横梁的“心脏”，没有刀口的质量，就没有天平的精度，所以刀口质量的好坏，直接关系到天平的计量性能。多年实践经验告诉我们，刀刃不锋利影响天平的灵敏度和天平的变动性，企图用升高天平横梁重心来提高灵敏度的做法是不合理的。用刀刃平直度不好或夹角不对称的刀口装在天平上，这台天平存在大的变动性是“无疑”的。在天平修理中，对天平上原有的玛瑙刀口一定要严格检查，一丝不苟。该更换的必须更换，该磨的一定要退出来重磨，对玛瑙刀口不符号四条质量标准的决不能迁就，严禁使用。

只有抓住刀口质量关，才是控制天平变动性第一关。

（二） 抓住吊角关

吊角必须在优质刀口基础上进行。刀口质量不能保证，吊角是无意义的。使用优质刀口是控制变动性的基础，是前提。吊角是解决变动性的有效措施，绝大多数的变动性来自四角。三把刀口不平行，前后力臂不等，称量结果不同，所以天平修理者只有学会吊角，抓住吊角关，才能有效地控制变动性。

计量性能合格靠“三性”；变动性合格靠“平行性”；平行合格靠“吊角”。吊角是控制变动性一件“法宝”。

（三） 抓住机械调修关

如果天平四角没有问题，天平仍有变动性，这主要是机械部分引起的。所以必须抓住机械调修关。所谓机械调修关就是将所有天平零部件一件一件地，一丝不苟地认真检查。检查目的首先是确认每个零部件能否继续使用。凡合乎质量要求的零部件就留用，不合乎要求的零部件不迁就，一件不用。

其次是将合乎要求的零部件，组装在天平各个正确部位上，按照天平修理程序有条不紊地进行检修。在检修过程中，对每一道工序严格把关，不留后遗症，不留隐患。凡能产生变动的因素一一消灭在萌芽中，这就是“治本”修理方法本质所在，凡采用“治本”修理方法，事半功倍，效果显著。