天平不等臂误差的调修
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摘要：本文介绍了修理天平过程中的一些方法以及注意事项。
关键词：天平；偏差；调整
中图分类号：TH715.1+l 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2013）03-0-02
一、天平偏差的断定
修理天平过程中，特别是重新安装刀子的情况下，总是希望两臂尽量接近于等长。为此，常用一把曲尺又名距离尺，来粗略测定横梁两臂的长度。若刚好对准，则说明两边臂长基本相等。要准确断定天平的偏差是多少，要依靠等量砝码来测定。
二、天平偏差的调整方法
天平偏差的消除，一般是通过调整偏差螺钉实现的，拧进螺钉是缩短臂长，退出螺钉是增加臂长。但用拧进螺钉的方法来缩短臂长，只能在螺钉与边刀盒顶得很紧而偏差又较小的情况下才能采用，所以调整偏差时一般都采取伸长短臂的方法。
如果偏差很大，单纯靠调整偏差螺钉是不能解决问题的，因为采用退出偏差螺钉的办法来大幅度伸长短臂，边刀必然会向外显著倾斜而降低，造成透光改变，从而引起分度值变化和出现偏感。另外，还可能发生意外情况，如当偏差螺钉与边刀盒顶接过紧时，能导致横梁断裂。单纯拧进偏差螺钉来缩短长臂以消除偏差，有时也达不到目的。
因为偏差螺钉与边刀盒内侧是顶接的，当拧进偏差螺钉时，一旦它与刀盒脱离接触，边刀盒不能再向中刀一边偏移；同时螺钉与边刀盒间的顶接力显著减小或消失，也会使边刀盒和偏差螺钉松动而产生变动性。因此，偏差过大时，只能采用平行移动边刀盒的办法来消除偏差。
天平的偏差达到多大时，才平行移动刀盒呢？这个问题要视具体情况而定。一般在偏差大于天平全载荷的四千分之一时，最好通过平行移动刀盒来解决。
三、关于偏差调整量的计算
在调整天平横梁的不等臂偏差时，往往发现按照用检定规程规定的不等臂偏差数值进行调整，并不能完全消除横梁的不等臂偏差，而只能使它缩小到一定的程度。有相当调整经验的人都知道，在光学天平（秤量为200克）和微量天平（秤量为20克）上，只有当实际调整量比检定值大二分之一到三分之二以上时，才能使横梁的不等臂偏差得到消除。但对于经验不多的人，一般都在边调整边摸索，很费时间。其实横梁不等臂应调量与检定值之间是有一定规律可循的，它的应调量可以根据天平的有关参数计算出来。公式
表明横梁的不等臂性误差与天平的载荷成正比。因此，如果天平全载时有不等臂性误差，则空载时也会存在不等臂性误差，只不过较小一些，因为空载时，横梁的载荷只有悬挂系统本身的重量。但在通常的概念中，往往认为天平空载时不会存在不等臂性误差，不等臂性误差的检定方法，是以空载方天平的平衡位置作为标准进行比较的。显然，这也是以空载天平不存在不等臂性误差为前提的。事实上，天平全载时横梁真正随的载荷，是悬挂系统与相当天平最大秤量的砝码的重量之和。就是说，横梁真正存在的不等臂性误差比按有效载荷计算的值要大一些。可见造成不等臂实际调理与检定值不相符的原因，就在于没有考虑到作为横梁载荷的一部分悬挂系统的重量。
横梁不等臂的应调量，等于横梁不等臂性误差的检定值乘以悬挂系统的重量与天平最大秤量的比值的乘积。只要知道了天平悬挂系统的重量，很容易在不等臂检定值的基础上求出不等臂的应调量。同时由于在光学天平和微量天平上，悬挂系统的重量大约是天平最大秤量的二分之一到三分之二，因此，多调的部分也大约是不等臂检定值的二分之一到三分之二。
可见，计算不等臂偏差调量的过程，其实就是确定悬挂系统重量与天平最大秤量之比的过程。
现举例说明横梁不等臂偏差的计算和调整方法。
例一，有一台秤量为200克、分度值0.1毫克的三级天平，标牌零点在中间，左（-）右（+），悬挂系统的重量为90克，测得偏差等于-42分度，即左臂长，此时偏差应调量为：
也就是说，在真实负荷（即秤量砝码加上悬挂系统的重量）下，左臂比右臂长60.9分度。如果我们测得空秤时的平衡位置等于“0”，放上一对200克的等量砝码后测得平衡位置为+42分度，此时，应向相反的方向调60.9分度，调至-18.9分度处（伸长右臂），偏差基本消除。
例二，一台秤量为200克，分度值是0.1毫克的三级天平，标牌零点在中间，左（+）右（-），悬挂系统的重量为100克，测得偏差等于10分度，即右臂长，此时偏差应调量为：
若测得空秤平衡位置为+2.8分度，放上一对200克的等量砝码后测得平衡位置为+12.2分度。显然，这时应伸长左臂。调整后，测得平衡位置是-2.8分度，于是，偏差基本消除。
从上面的例子看，偏差似乎是彻底消除了，但为什么基本消除呢？这是因为边刀盒（包括边刀）有一定的重量，调偏差时，边刀盒也跟着外移，因此，边刀盒本身的重量要影响天平的平衡位置，而在计算悬挂系统的重量时，并未考虑边刀盒的重量，因而影响调整效果。但因边刀盒的重量与天平的真实载荷相比是很小的，加上在偏差不大的情况下，调整时只是将边刀盒向外或向内稍微倾斜一点，影响就更小了，所以，边刀盒重量可以不予考虑。在小秤量的天平上，边刀盒重量相对比较大，当偏差大时，需要将边刀盒平行移动。这种情况下，必须将边刀盒的重量作为悬挂系统重量的一部分一起考虑。
例如TG328B型天平的悬挂系统重量一般为120克，边刀盒加上边刀的重量将近10克。假设天平在全量时的偏差为70分度，当不考虑边刀盒与边刀的重量时，通过计算，可以知道其真实偏差为112分度。若考虑边刀盒与边刀的重量的影响，真实偏差应为115.5分度（设边刀盒是平行移动的）。可见，边刀盒的影响是3.5分度。具有微分标牌的三级天平，经修理后，偏差只允许3分度。因此，调整时如果不考虑边刀盒重量这一因素，天平的不等臂性误差仍然是不合格的。
在实践中往往发现，不同材料或不同结构而规格相同的天平横梁，即使偏差相等，但偏差的应调量却各不相同。从偏差调整量的计算公式可以知道，这是由于悬挂系统的重量不同而造成的。一般地说，偏差量相等的两个横梁，其悬挂系统重量越大，则偏差的调整量就越大。
下面介绍一种不需事先称出悬挂系统的重量，也可将偏差调整量计算出来的方法——试调法。
这个方法简单说来，就是先用常规方法检定上横梁的不等臂偏差yp，然后在空载条件下，小量调整横梁相应的一个臂长，测定此时天平的平衡位置。再把等量砝码放上秤盘，测定全载时的平衡位置。利用试调前、后天平空载时的平衡位置L1和L1′，以及试调前、后天平全载时的平衡位置L2和L2′计算不等臂偏差的应调量。这个方法，其实仍然是求算悬挂系统与最大秤量之比的过程。下面说明这一方法的原理。
设横梁原来两臂长度之差为l，试调时把短臂调长了l′。为了使推导过程简化。为此，必须引入微小的重量ε1和ε2。列出试调后天平的空秤平衡方程式：
式中：ε1——为使试调前、后的天平平衡位置不变而应从较重的一盘中减去的一个微小重量。再把一对等量砝码放在天平左、右两盘中，为了使天平仍处于原来的平衡位置，应从较重的一盘中再减去一个微小的重量ε2。前面在理论上曾假定试调前、后天平的平衡位置不变。但为此而选择适应当的ε1和ε2是难以做到的。这个微小的重量正是利用天平的平衡位置之差来表示的。若设L1和L1′分别为试调前、后天平空载时的平衡位置，L2和L2′为试调前、后天平全载时的平衡位置，So和Sp各表示天平空载和全载时的标牌分度值，其ε1、ε2关系式可写为：
由于So和Sp相差极小，可以认为相等地，所以可写成
这样，利用天平的四个平衡位置，确定了悬挂系统重量与天平最大秤量的比值，就可以得出直接计算横梁不等臂偏差应调量的公式：
运用这个方法，无需事先称量悬挂系统的重量，这对于大型天平的调整是比较方便的。使用时要注意，偏差应调理x应从不等臂偏差检定中置放等量砝码时的平衡位置算起，而不是以试调后的平衡位置算起。这就是说，试调量l′是包括在应调量x之内的。
例：设有一台最大载荷为200克、分度值为0.1毫克的三级天平，标牌零点在中间，左（+）右（-），测得yp=-18分度（即左臂长），L1=-1分度，L1′=+2分度，L2=-19分度，L2′=-10分度。
故
结果说明将右臂伸长，使平衡位置从L2=-19分度向左移动27个分度，即调至+8分度处，偏差即被消除。
四、调偏差时应注意的事项
1.调偏差时，不能用力过猛，掌握调整工具的手应握稳工具，调整时动作力求准确。只要拿工具的手指感到螺钉已被略微扳动，即应停止调整，进行效果测量，绝对不能操之过急，以防发生折断横梁或顶裂刀子等意外事故。
2.调整工具要合适。如用拨棍调偏差螺钉时，拨棍的粗细应与偏差螺钉上的孔在小相符；若用扳手调方头偏差螺钉，扳手的开口尺寸与方头螺钉的配合要适宜，便于掌握调整量。
3.调偏差时，如果技术不够熟练，最好将横梁取下来进行调整；若不取下横梁而直接在天平上进行调整，必须用一只手稳妥握住横梁，以免损环刀子。
五、偏差的一般调整原则
总的原则是：调短臂不调长臂；调右臂不调左臂；调一臂不调两臂。但特殊情况例外。例如：一台天平，左臂略长于右臂，且左边刀稍向外倾斜。又知，左边偏差螺钉与左边刀盒顶接很紧。这时，从整体考虑，显然应该把左臂（长臂）缩短，而不应将右臂（短臂）伸长，因为通过拧进左臂的偏差螺钉，既可缩小偏差，又可使左边刀不再向外倾斜。