天平的概念

　　天平(Weighing scales;Balance)基本解释是一种衡器，是衡量物体质量的仪器。由支点(轴)在梁的中心支着天平梁而形成两个臂，每个臂上挂着一个盘，其中一个盘里放着已知重量的物体,另一个盘里放待称重的物体，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详细解释;早在公元前1500多年，埃及人就已经使用天平了，还有人说，这个时间还要早，大约在公元前5000年以前。古埃及的天平虽然做的很粗糙，但是已经有了现代天平的轮廓，成为现代天平的雏形。古代的一种衡器，产生较早，到春秋晚期，天平和砝码的制造技术已经相当精密。以竹片做横梁，丝线为提纽，两端各悬一铜盘。后因天平秤重物比较麻烦，改为“铨”，称量小物时才用天平。电子天平，用于称量物体质量。

　　电子天平以电磁力平衡被称物体重力的天平称之为电子天平。其特点是称量准确可靠、显示快速清晰并且具有自动检测系统、简便的自动校准装置以及超载保护等装置。

　　天平的分类

　　天平有狭义和广义之分。狭义的天平专指双盘等臂机械天平，是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的一种衡器。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3类。

　　双盘等臂机械天平 一般按结构分为普通标牌天平、微分标牌天平和架盘天平3种。也可按用途分为检定天平、分析天平、精密天平和普通天平4种。检定天平是计量部门、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的天平。

　　分析天平是用于化学分析和物质精确衡量的高准确度天平。在大多数情况下，这类天平的最小分度值都小于最大称量的 10-5。分析天平可按衡量范围和最小分度值分为常量天平(称量和最小分度值分别为100～200g和0.01～1mg)、半微量天平(30～100g和1～10g)、微量天平(3～30g和0.1~1g)和超微量天平(3～5g和0.1g以下)。

　　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10-5～10-4。

　　普通天平用作物质的一般衡量。最小分度值等于或大于最大称量的10-4。

　　随着科技的发展及客户的需求延伸出了新的具有特殊用途的天平即比较器、快速水份测定仪、移液管校准工作站、软件、砝码、配件、天平和台秤的日常测试、利用天平进行密度测定、差重称量、动态称量、滤纸称量、配方、质量比较;高分辨率称量、联网和数据通信、移液器校准、实验室中的精密及分析称量、统计过程和质量控制、防爆区域称重应用、间隔称量。

　　天平的发展

　　早在18世纪英国化学家布莱克就已经使用了天平，那个时候，正是化学中不断发现气体、并开始建立理论的时期。布莱克在化学研究中非常重视实验，而且是第一个应用定量的方法研究气体的人。1755年，他写了一篇论文，内容是对石灰石等碱性物质的实验研究。论文中提到，他发现将石灰石煅烧会产生气体。于是，他在煅烧前称量了石灰石的重量，煅烧后再次称量重量，结果发现，石灰石经过煅烧重量减少了44%，他认为这个重量正是从中释放出的气体的重量。从布莱克的实验研究中可以了解到，他进行了定量研究，定量研究需要称量，而称量离不开天平。历史资料表明，布莱克确实使用了天平，他用过的天平至今仍保存在爱丁堡皇家博物馆中。

　　用绳子挂着称盘，横梁又挂在另一个称钩上。布莱克正是用这个天平进行化学实验研究，而且做出了发现的，这个天平的使用，不仅在化学实验中建立了定量方法，而且对天平的进一步发展、改良，也是重要的。

　　18世纪末英国也已经制造出了一种天平，横梁中央嵌上一个钢质的刀口。把它放在玛瑙盘中，大大提高了精密度和灵敏度。当时出现了一些天平设计家和制造家，不过，据说天平的价格比较贵，而且要先预定，不像法国，天平虽不那么精密，但比较容易买到。19世纪20年代，伦敦有一位仪器设计家叫罗宾逊，他开始设计和制造分析天平，不仅英国，就连美国在一个时期里都使用这种天平。罗宾逊用空心材料做横梁，把梁做成三角形，竖梁中部有指针。

　　有刻度横梁和游码的天平，大约也是在19世纪诞生的，究竟谁是这种天平的发明人有不同说法，也存在争议。可是1851年在伦敦召开了一次国际博览会，英国和欧洲大陆国家的一些主要天平制造商都参加了，经博览会审查团审议，最后把最高奖奖给了奥耶领，以表彰他在有刻度横梁和滑动装置(即游码)天平的制造上所做的贡献。

　　随着科学的发展、技术的进步，天平的设计和制造不断取得长足的进展。正是经过一代一代人的不懈努力，经过技术的积累和提高，才有了今天的各式各样的现代天平。如今，在化学实验室中，常用的天平有：

　　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(Roberval)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。用于精确度要求不高或测定物料的大致质量，可称量100克、200克、500克乃至1000克;

　　分析天平(常量分析天平、微量分析天平和半微量分析天平);它是传感技术、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。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。

　　电光天平，设有空气阻尼装置或电磁阻尼装置，使天平既具有高灵敏度又能迅速阻止横梁的摇动，电光天平从外观上看不见砝码，能看到放置要测物的称盘，砝码的加减用旋转刻度盘操作，称量的数值可通过投影刻度标尺直接读出。

　　随着科技的发展及客户的需求延伸出了新的具有特殊用途的天平即比较器、快速水份测定仪、移液管校准工作站、软件、砝码、配件、天平和台秤的日常测试、利用天平进行密度测定、差重称量、动态称量、滤纸称量、配方、质量比较;高分辨率称量、联网和数据通信、移液器校准、实验室中的精密及分析称量、统计过程和质量控制、防爆区域称重应用、间隔称量。