分析天平的操作与维修-保护、调整及灵敏度

（1）工作原理

一般分析天平可以准确到1/10 000 g或2/10 000 g，它们的最大称量为100 g或200 g。有摆动式、空气阻尼式和光学式三种。现介绍一种具有部分机械加码装置的光学天平，如图5-14所示。

分析天平的构造原理与物理天平相似，为了提高称量精确度，分析天平有更精致的结构。三个刀口是由坚硬的不易磨损的玛瑙（或人造宝石）制成，并配有玛瑙刀垫。当天平摆动时，刀口与刀垫相接触，因为它们均由玛瑙制成，所以摩擦力很小。为了保护刀口，在横梁下装有止动架（图中未画出），转动安置在天平下部的止动旋钮，就可以使止动架上升，而把横梁及秤盘向上举起一些，这样刀口就不与刀垫接触，天平止动。为了保护天平，分析天平都放在玻璃柜内，柜内有干燥剂防潮。分析天平上还装有水准仪，用来调整刀垫水平。

图5-14　TG328B型分析天平

1—横梁；2—平衡陀；3—吊耳；4—指针；5—支点刀；6—框罩；7—圈形砝码；8—指数盘；9—支力销；10—折叶；11—阻尼内筒；12—投影屏；13—称盘；14—盘托；15—螺旋脚；16—垫脚；17—升降旋钮；18—投影屏调节杆

为了增加横梁摆动时所受的阻力，使它能够很快静止下来，以便迅速读取指针位置，装有空气阻尼器。阻尼器的构造为：在两秤盘上方各装一固定在支柱上的金属外筒，挂在天平吊环上的金属内筒其筒口向下套于内筒中，内外筒之间有一定的（很小）空隙，横梁摆动时，必有一秤盘下降，相应的内筒也随之下降，并压缩内外筒之间的空气，被排出的空气必须通过两筒壁间很下狭窄的缝隙及外筒底板上的小孔，因而流泄较慢，可能横梁的摆动受到阻力，很快地静止不动，而便于我们迅速地读数。

称量1 g以下的质量用机械加码装置及光学投影读数装置。机械加砝码装置（读数范围10～990 mg）有1 g以下的圈码8个，如图5-15所示，转动机械使加码时，相应的圈码组就自动加在横梁上了。

图5-15　圈码

光学投影读数装置（读数范围为10 mg以下）是为了方便地读取最小称量值、减轻工作人员的疲劳、提高称衡效率。观察屏上刻有一条准线，作为读数标记，其光学系统如图5-16所示。微量标尺的刻度中间为零，两边各为＋10 mg及－10 mg，其最小刻度为0.1 mg，所以，感量为0.1 mg/格。当准线指在正值时表示砝码读数必须加上微量标尺读数；反之，当准线指在负值时，砝码读数必须加上微量标尺负读数，称量时，微量标尺在移动而准线固定不动。

平衡螺母是用来调整零点的。较小的零点调整可以用天平底板下的拨杆，使微量标尺上的零点与观察屏上的准线完全重合。重心螺丝是用来调整灵敏度的。

图5-16　读数光学系统光路图

（2）光学天平读数方法

观察屏上为0.04 mg，读数盘上为810 mg，砝码读数为6 g，则称量结果为：6.810 04 g，如图5-17所示。

图5-17　读数方法

（3）空气浮力影响的修正

若待测物体的体积是V，砝码总体积是V1，在称量时的温度和压强下，空气的密度是ρ′，则在空气中称量时，物体受浮力为Vρ′g，而砝码受浮力为V1ρ′g。设M是物体的真实质量，P是砝码的真实质量，则当天平平衡时，有：

设ρ为待测物体的密度，ρ1为砝码的密度，则：(www.xing528.com)

代入（1）式，考虑ρ′≪ρ，ρ′≪ρ1，略去高次项，得：

ρ′可近似认为1．2×10－3 g/cm3，ρ1和ρ则由手册中查得。

（4）分析天平的灵敏度

设当天平两盘均负载P g砝码时，天平指针处于铅直方向；在左盘附加q g后，指针向右偏转一角度ϕ，而后静止下来，如图5-18所示，这时横梁受力为：作用于刀口b′上的（P＋q），作用于刀口b的P，横梁所受重力W（至于刀垫作用于刀口a上的力，因其力矩为零，故未考虑）。当横梁静止不动时，此三力对支点a的力矩相互平衡，即：

图5-18　分析天平灵敏度原理图

其中L为天平横梁的臂长，h为天平重心到支点a的距离。由图5-18可见：

代入（3）式得：

（P＋q）L cos（α＋ϕ）＝PL cos（α－ϕ）＋Wh sinϕ

展开化简，可得：

qL cosαcosϕ＝（2P＋q）L sinαsinϕ＋Wh sinϕ

两边除以cosϕ，即得：

灵敏度：

式中R是指针长度。

由（4）式可见，分析天平的灵敏度与横梁的重量、横梁重心的位置及负载情况均有关。