二、用天平称质量.docx

天平的基本知识天平是一种测量物体引力质量的仪器，其种类繁多，应用广泛，不仅在物理、化学、生物、材料等众多科学实验中发挥重要的作用，而且作为计量工具，在工农业生产、市场经济和技术部门也发挥了巨大的作用。1、天平的分类天平的分类有各种方法，如按天平结构分类，按天平精度分类，按用途或称量范围分类等。在这里我们介绍两种分类方法，其他分类方法参阅计量手册和有关书籍。（1）按天平结构分类（2）按量程范围及等级精度分类2、天平的结构图1为物理天平的结构图无论是那种天平，天平的结构大致可分为以下几部分：（1）横梁是“天平的心脏”，天平通过它的杠杆作用实现称量，因此横梁的设计、用料、加工都直接影响它的精度和计量性能。材料一般采用铝或钢合金，高精度天平则采用非磁性的不锈钢或膨胀系数很小的钛合金。（2）立柱是“天平的脊梁”，作为支撑横梁的骨架。它是一空心金属柱，垂直地固定在底板上，柱内有制动器升降杆，可带动梁托架和托盘翼板上下运动。图1 物理天平A横梁；刀口；C立柱；D刀承；吊耳；秤盘；G止动旋钮；H止动架I铅锤；底脚螺丝；调平螺丝；L指针；M标尺；N游码图2为阻尼式分析天平结构图图2 阻尼分析天平K调平螺丝；N游码；P调灵敏度螺丝；阻尼盒；R游码移动杆；其它与物理天平相同图3为光电分析天平结构图图3 TG-328B型半自动光电天平1横梁；2平衡螺丝；3吊耳；4指针；5支点；6框罩；7圈码；8指数盘；9支柱；10梁托架；11阻尼筒；12投影屏；13秤盘；14盘托；15螺旋脚；16脚垫；17开关旋钮；18零点微调杆；19变压器；20电源插头（3）制动系统是控制天平工作和制动横梁及悬挂系统摆动的装置，包括升降杆（立柱内）、盘托等部件。启动旋扭时，与旋扭相连接的开关轴使升降杆上升，带动梁托架和盘托同时运动，此时中刀落在立柱的刀承上，左右耳背落在两只边刀上，称盘可自由摆动，使天平进入工作状态。反之，关闭旋扭时，天平处于休止状态。（4）悬挂系统包括秤盘、吊耳和内阻尼筒等部件。（5）读数系统一般包括两部分，一部分是砝码，另一部分是游码。（6）天平的防护部件，除起到保护天平，还可防止外界气流、热辐射、湿度和灰尘等对称量的影响。3、天平的主要技术指标（1）天平的载量：是指天平所能承受的最大称程范围。（2）天平的灵敏度：是指天平两侧负载相差一个单位质量时，天平指针偏转的分格数。天平的敏度高，说明天平的性能好。当天平一则增加一小质量时，指针向另一则偏转n个格（div），则天平的灵敏度等于 （1）（3）天平的感量：是指天平指针偏转一个分格时所加载的砝码数。数值小，说明天平的性能好，即仪器的分辨率高。天平的灵敏度与感量之间的关系互为倒数，则有 （2）（4）天平几个点的概念：天平的停点是指天平指针摆动时最后所停在的位置；天平的零点是指天平空载时的停点；天平的平衡点是指天平调节平衡后空载时天平指针的停点；当天平调节为可测量状态时，天平的零点和天平的平衡点应该是同一个点。4、天平的测量误差在用天平称质量时，其测量误差主要来源于以下几个方面：（1）天平的示值误差：这部分误差主要属于系统误差（如天平的不等臂）和随机误差（如每一次读数的不同）。（2）分度值误差：这部分误差主要属于系统误差。（3）砝码误差：这部分误差也属于系统误差。5、天平的称量方法天平的精密称衡（1）交换称衡法（亦称复称法）为了观察和消除可能存在的天平不等臂误差（指这种不等臂误差很小时，否则就要作结构调整了），常用的方法就是交换称衡法，即先将被测物体放在左盘，砝码放在右盘，称出质量，然后将被测物体放在右盘，砝码放在左盘，称出质量，观察和的差异值，以此判断不等臂误差的情况。若较小，在天平和砝码的允差范围内，重复多次测量，可以近似用（3）公式求出待测物体的质量，消除天平的不等臂误差。 （3）交换称衡法适用于各种等臂天平，是物体质量精密测量和砝码检验的基本方法之一，并可对横梁不等臂性误差进行计算和修正。（2）替换法直接替换法适用于等臂和不等臂天平，将标准砝码B置于右盘上，而把与待测物质量相同（同名义质量）的平衡重物T放在左盘，使天平达到平衡，重复数次，记下平衡点位置（或记下此时称量值）。取出标准砝码（或取出同样质量的平衡重物），换上待测物体A，若天平的平衡状态被破坏，则在比较盘中添加或减少标准小砝码b，使天平重新达到平衡，重复数次，记下新的平衡位置（或记下此时的称量值），待测物体的质量由（4）式给出 （4）S为最小分度值，为添加或减少的标准小砝码，第二项由替换前后指针偏转方向所定，第三项与在比较盘中是添加还是减少标准小砝码有关。例 有一待测物A约为100g，试用替换法测定其质量，标准砝码解： 测量数据如表1所示表1 替换法测定质量序号左盘右盘读 数平衡位置添加小砝码左盘右盘1TB-0.1-0.1+0.1-0.12TA+6.6+6.7+6.8+6.8由式（4）可求出待测物A的质量为： 替换法操作简便，用单臂称量，能消除不等臂性误差。6、天平使用注意事项（1）天平调节和使用规则的注意事项 水平调节：检查水平仪的水平泡是否居中，若有偏离则表明天平不水平，应调节天平底座的螺旋脚，使水泡居中。 零点调节（天平平衡点的调节）：当天平空载且指针有偏移时，则调节横梁上的平衡螺丝（调平砝码），进行水平调节。 加减砝码时，动作必须轻缓，否则会使刀刃急触而损坏，造成计量误差。 一般在用高精度分析天平称量时，应先用物理天平粗测一下样品的质量，再用高精度分析天平精密测量。 在操作过程中，尽量不要开启天平的前门，取放物体可通过左侧门，取放砝码可通过右侧门，且开关门时要轻缓。 每次称量时，严禁在天平的工作状态下增减砝码，样品或砝码尽可能地放在称盘中央，以免称盘晃动磨损刀刃和影响迅速读数。（2）天平砝码使用注意事项砝码是称量的基准，必须保持其质量的准确性，使用时应注意以下几点 取用砝码时要用镊子，绝对禁止直接用手拿砝码，镊子不用时应随时放在砝码盒内。 因为砝码和天平是配套检定的，即每架天平都有它配套的砝码，因此在同一实验中不要随意更换天平或砝码。同时，同一盒砝码中各个砝码的质量彼此都保持一定的比例关系，因而不要将砝码盒内的砝码相互调换。 大砝码置于称盘中央，小砝码置于大砝码周围。可减缓天平启动后秤盘的摆动，不要将砝码侧放或相互堆叠在一起。 使用机械加码装置时，不要将加码指数盘上的箭头对着两个读数之间，指数盘可顺时针或逆时针转动，但必须轻轻地逐档地旋转，决不可用力快速转动，否则，极易造成圈码变形、脱钩、互相套叠，甚至吊耳移位等。