機械天平空、全載靈敏度和橫梁不等臂性誤差的綜合調(diào)修與理論計算

/ 西安計量技術(shù)研究院

0 引言

杠桿式機械天平在使用中，由于刀刃的磨損、承載時橫梁輕微變形或刀盒位置的微小位移等因素，會使天平的三刀不在一條直線上，這就是機械天平的三刀吃離線。機械天平三刀吃離線會導(dǎo)致天平在稱量時，天平的靈敏度隨著載荷質(zhì)量的變化而變化。

機械天平經(jīng)過調(diào)修就會出現(xiàn)程度不同的橫梁不等臂現(xiàn)象，即便是新購買的天平，經(jīng)過運輸也會出現(xiàn)不等臂現(xiàn)象。JJG 98-2006《機械天平》檢定規(guī)程對橫梁不等臂性誤差有嚴(yán)格要求，如果大于允差就視為不合格，需要進行修理。首先要區(qū)分產(chǎn)生不等臂的原因，外界因素引起的不等臂性誤差，應(yīng)找出外界因素的原因 （如溫度等），并設(shè)法排除，使天平恢復(fù)正常狀態(tài)。這時不可調(diào)整天平橫梁系統(tǒng)，以免造成人為的故障。天平本身造成的不等臂性誤差，應(yīng)調(diào)整天平的兩臂，使其長度相等。

1 空、全載靈敏度誤差的檢測與調(diào)修

把機械天平兩邊刀的刀刃連成一條直線。如果機械天平的中刀刃位于連線下方，則稱為三刀吃線，此時，天平在稱量時靈敏度隨著載荷的增加而提高；反之，如果天平的中刀刃位于連線上方，則稱為三刀離線，此時，天平在稱量時靈敏度隨著載荷的增加而降低；如果機械天平的中刀刃正好處在這一連線上，則稱為三刀平線，此時，天平的靈敏度不隨載荷質(zhì)量的變化而變化。三刀吃離線如圖1所示。

1.1 空、全載靈敏度誤差的檢測

以TG328A型天平為例，在檢定中得到數(shù)據(jù)如表1所示。

經(jīng)計算：

圖1 三刀吃離線

此天平空、全載靈敏度誤差嚴(yán)重超差，需要進行調(diào)修。

1.2 空、全載靈敏度調(diào)修計算公式

發(fā)現(xiàn)靈敏度誤差很大需要調(diào)修時，大多數(shù)人都是憑經(jīng)驗調(diào)修。經(jīng)驗不足時，往往會多次調(diào)修，甚至誤差越調(diào)越大。至于調(diào)到什么位置合適呢？把平線時的分度靈敏度公式介紹給大家，供調(diào)修時參考。計算平線時應(yīng)調(diào)分度靈敏度的分度公式如式（1）：

表1 TG328A檢定數(shù)據(jù)

式中：n— 平線時應(yīng)調(diào)分度靈敏度的分度數(shù)；

N0— 空載時的分度靈敏度分度數(shù)；NP— 全載時的分度靈敏度分度數(shù)；

Q0、P0— 空載時左、右盤懸掛系統(tǒng)的質(zhì)量；Q、P— 全載時左、右盤全載荷砝碼質(zhì)量

經(jīng)過稱量得到TG328A型天平的懸掛系統(tǒng)質(zhì)量為112.534 g，代入式（1）計算得到：

所以這臺天平的平線靈敏度應(yīng)調(diào)到111分度，這時空、全載靈敏度都處于這個位置，即天平處于平線狀態(tài)。

1.3 調(diào)修方法及注意問題

當(dāng)N0＞NP，也就是空載靈敏度大于全載靈敏度，因此可以斷定天平處于離線狀態(tài)，調(diào)修方法是升刀。我國國產(chǎn)的光電機械天平，其中刀是固定的，沒有設(shè)計調(diào)整量，只有兩個邊刀或者一個邊刀能夠調(diào)整。以上海精密科學(xué)儀器廠生產(chǎn)的TG328A型天平為例，其刀盒結(jié)構(gòu)如圖2。具體做法是:先松開右邊刀盒中間螺絲，再擰緊兩邊螺絲，即中間螺絲順時針方向調(diào)，兩邊螺絲逆時針方向調(diào)。

圖2 刀盒結(jié)構(gòu)

調(diào)修靈敏度時需注意的幾個問題：

1）調(diào)修天平空、全載靈敏度誤差時，首先要正確判定天平的吃離線狀況，并且要熟悉天平的刀盒結(jié)構(gòu)和升降螺絲的位置，從而確定松緊每個螺絲的先后順序，否則，就可能越調(diào)問題越大。

2）每種型號天平的懸掛系統(tǒng)質(zhì)量都有一定的差別，應(yīng)用公式時要先稱量此種型號天平懸掛系統(tǒng)的質(zhì)量。一般情況下，光電分析天平懸掛系統(tǒng)的質(zhì)量是天平最大載荷的1/2左右。

3）在調(diào)修靈敏度時，要兼顧天平的臂差，在升降刀盒時，臂差螺絲要貼緊刀盒。

4）調(diào)整重心鉈位置的高低來調(diào)整靈敏度的大小，只能保證天平空載靈敏度符合要求，卻不能保證天平的全載靈敏度;只有在天平空、全載靈敏度大小一致時，才能用重心鉈調(diào)整靈敏度大小，這樣才能保證天平空、全載靈敏度同時合格。

5）調(diào)修時要細心，動作要輕柔，要一手扶穩(wěn)橫梁，一手進行調(diào)修，切不可損壞天平刀刃。

2 橫梁不等臂性誤差的計算與調(diào)修

2.1 理論計算

根據(jù)JJG 98-2006并引用表1的檢定數(shù)據(jù)，天平的橫梁不等臂性誤差為

根據(jù)JJG 98-2006，在檢定過程中，平衡位置I2相對于平衡位置I1代數(shù)值減小，所以公式圓括號前取正號。

橫梁不等臂性誤差大于9個分度時，橫梁不等臂性誤差項不合格。實際調(diào)修中的計算公式如式（2）。

式中：y— 天平偏差調(diào)整量；

Y— 天平橫梁不等臂性誤差；

Q0— 懸掛系統(tǒng)質(zhì)量；

Q— 天平全載時的砝碼質(zhì)量

將數(shù)據(jù)代入式（2）得：

需要說明的是，偏差的調(diào)整方向與偏差的方向相反。有時偏差調(diào)整量與實際情況有微小的出入，主要是天平的內(nèi)應(yīng)力造成的，可忽略不計。因此橫梁不等臂性誤差值應(yīng)調(diào)至：

2.2 調(diào)修方法

調(diào)修橫梁不等臂性誤差時，若刀子固定在刀盒內(nèi)，沒有調(diào)整不等臂誤差的偏差螺絲時，只準(zhǔn)向刀盒方向頂偏差螺絲，不能向回退，也就是調(diào)整時，只能加長短臂，不能縮短長臂，否則，容易引起變動性故障。

天平不等臂性誤差較大時，不能單靠調(diào)整偏差螺絲，即使能調(diào)過來，刀盒也頂歪了，處于傾斜狀態(tài)，影響天平的計量性能，所以這種情況應(yīng)該平行移動刀盒的位置。具體做法是：首先松開刀盒上的對頂螺絲，然后松開刀盒底部的升刀螺絲，將刀盒向等臂位置上平移，位置合適后固定好螺絲。天平不等臂的大小是可測量的，因此它的調(diào)整量也可以預(yù)測。要消除天平的不等臂性誤差，不能按誤差的實際量調(diào)整，而應(yīng)將天平不等臂調(diào)修到最佳點。只有掌握偏差調(diào)整量的計算方法，才能夠調(diào)修準(zhǔn)確。

3 結(jié)語

以上介紹了天平空、全載靈敏度不一致及不等臂誤差的調(diào)修及理論計算。因調(diào)整刀線后，橫梁的重心、不等臂性都會發(fā)生變化，所以當(dāng)天平空、全載靈敏度不一致時，應(yīng)先調(diào)修吃離線，后調(diào)修不等臂性，最后通過升降重心砣，將靈敏度調(diào)至合格范圍。

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