機械天平計量性能影響因素分析與常見故障調(diào)修

周麗娟

（洛陽市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試中心，河南 洛陽 471000）

機械天平的測量可以達(dá)到0.0001g的精度，因此氣流、冷源、熱源、灰塵以及震動都會對測量造成影響。機械天平的測量原理是杠桿原理，由砝碼、刀墊、刀乘、阻尼器和光學(xué)零件等多種部件組成。因為使用環(huán)境的原因，機械天平的零部件可能發(fā)生霉變、銹蝕、生霧或附著灰塵、漆屑等雜物從而影響計量準(zhǔn)確性。機械天平的常見故障有：帶針、跳針、摩擦、加碼故障、不等臂、靈敏度超差、偏感、零點微調(diào)器故障和光學(xué)系統(tǒng)故障等。當(dāng)機械天平出現(xiàn)故障時將嚴(yán)重影響天平的計量性能，不能保證稱量的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。天平的準(zhǔn)確性是由靈敏性和穩(wěn)定性共同影響的，靈敏性是其感應(yīng)質(zhì)量的能力，穩(wěn)定性是其抗拒外界干擾的能力。天平的示值不變性是指多次開關(guān)和復(fù)位后對同一質(zhì)量值的復(fù)現(xiàn)性，也是機械天平的一項重要計量指標(biāo)。

1 機械天平計量性能影響因素

1.1 溫度對機械天平計量性能的影響

機械天平測量的基本原理是杠桿原理，如果室內(nèi)環(huán)境溫度控制不嚴(yán)格會造成天平的測量零部件出現(xiàn)熱脹或冷縮的現(xiàn)象，使天平不能準(zhǔn)確的反映被測物質(zhì)的質(zhì)量。例如：在實驗室內(nèi)對同一臺稱量為200g、精度為0.1mg的精密機械天平，使用中全稱量天平的分度靈敏度是在秤盤上加放10mg標(biāo)準(zhǔn)小砝碼進行檢定，首先，室溫設(shè)定為30℃后平衡2小時進行檢定，天平移動100個分度；然后，將室溫設(shè)定為20℃后平衡2小時進行檢定，檢定結(jié)果變?yōu)樘炱揭苿?02個分度。這是因為天平零部件和裝配螺釘?shù)乃删o程度受到熱脹冷縮現(xiàn)象影響發(fā)生變化，三把刀的位置也會發(fā)生微量位移造成橫梁重心移動，使得天平的靈敏度產(chǎn)生變化。此外，天平的環(huán)境濕度最好控制在70%以內(nèi)，潮濕的環(huán)境有可能導(dǎo)致天平的砝碼發(fā)生銹蝕或使顯示屏幕起霧。

1.2 氣流和震動對機械天平計量性能的影響

當(dāng)放置機械天平的房間存在較強氣流時會影響測量過程的平衡，導(dǎo)致天平的穩(wěn)定性下降，最終對測量結(jié)果的準(zhǔn)確性造成較大影響。同樣，當(dāng)房間受到外界較強震動因素的影響時也會對天平的平衡造成影響，或使天平的刀子與刀乘的接觸部位產(chǎn)生改變，進而影響正常的擺動。如果天平室受環(huán)境條件限制，附近存在公路、鐵路、動力設(shè)備等震動源時應(yīng)設(shè)計減震操作平臺。根據(jù)震動的大小可分別選用臺式彈簧減震、隔離式彈簧減震、懸掛式彈簧減震、阻尼式減震、橡膠墊減震和毛氈隔離式減震等措施。為了避免氣流的干擾，最好設(shè)置一個氣流緩沖間降低氣流的干擾。

1.3 灰塵、附著物和銹蝕對機械天平計量性能的影響

機械天平長時間使用后有可能沾染灰塵、附著物或發(fā)生銹蝕，附著物可能是水汽、油脂、木屑、漆屑、金屬屑或棉纖維等雜物，灰塵、附著物和銹蝕均會對機械天平的計量性能造成影響。當(dāng)附著物是水汽和油脂時會造成光學(xué)零件的起霧現(xiàn)象，水珠與玻璃接觸后形成水性霧，油脂與玻璃接觸后形成油性霧，兩者都有時形成混合霧。刀乘、支點和刀墊被污染后會影響天平的平衡位置，砝碼被污染銹蝕后會增加砝碼的重量引起正偏差。進行清洗與擦拭可以有效避免灰塵、附著物和銹蝕對檢定結(jié)果產(chǎn)生影響。乙醇可以溶解油脂、蟲膠等多種臟污，并且無毒、揮發(fā)塊，具有較好的清洗效果。光學(xué)零部件易選用1：4的乙醇與乙醚混合溶劑，如果污垢太多可增加乙醇的濃度。清洗砝碼時需要將砝碼卸下，放入乙醇中浸泡30分鐘后，在濾紙上晾干后再依次裝回原位。當(dāng)砝碼的銹蝕嚴(yán)重時，需要用銼刀銼掉多余的重量，對砝碼校準(zhǔn)后再行使用。

2 機械天平常見故障的調(diào)修

2.1 機械天平帶針與跳針故障的調(diào)修

打開機械天平時，機械天平的指針迅速向某一方向偏移，然后再進行正常擺動的現(xiàn)象稱為帶針。造成帶針故障的常見原因有：兩邊刀縫不等、中刀縫與邊刀縫不等、兩邊托盤高度失調(diào)、潮濕或不清潔、橫梁不等臂等。開啟機械天平觀察兩邊刀縫是否同時消失，如果刀縫不等則會造成刀縫小的一邊刀乘先與刀刃接觸，這時指針與橫梁會快速向一邊偏移，當(dāng)另一邊刀刃也接觸后才能進行正常的擺動。兩邊刀縫不等時需要調(diào)整支持吊耳的支力銷的高度進行刀縫的調(diào)整。中刀縫與邊刀縫不等時，開啟機械天平后如果中刀先接觸刀乘橫梁將向一邊傾斜，當(dāng)邊刀與刀乘接觸后才趨于平衡。

調(diào)修方法為升高橫梁支力銷，使中刀的間隙大于邊刀的間隙。若取下托盤帶針消失，需要調(diào)整托盤螺桿使托盤與秤盤處于稍微接觸的狀態(tài)。當(dāng)?shù)醵?、橫梁或支力銷潮濕或不清潔時也會造成帶針，用脫脂棉沾少量無水酒精進行清潔即可。橫梁不等臂，當(dāng)開啟器械天平時一邊高一邊低從而造成帶針故障。測量橫梁兩端與底板的高度，如果高度一致應(yīng)調(diào)節(jié)橫梁支力銷或橫檔柱底座螺絲高度，如果高度不一致應(yīng)調(diào)節(jié)大小托翼之間的緊固螺母，調(diào)節(jié)兩大托翼的高度。

打開機械天平時，機械天平的指針向后或向前進行跳動的現(xiàn)象稱為跳針。跳針的原因通常由中刀縫或邊刀縫的前后寬度不一致造成。取下吊耳和秤盤，慢慢開啟和關(guān)閉機械天平，觀察中刀刃是不是同時離開或接觸刀乘，如果不是同時接觸會引起指針的前后跳動。調(diào)修方法為調(diào)整橫梁檔柱底座上的前后高低定位螺絲，調(diào)整到合適位置保證中刀縫前后寬度一致。在天平后進行光源照射，慢慢開啟和關(guān)閉機械天平，觀察邊刀刃是否同時與邊刀乘接觸，如果不是同時接觸也會引起跳針。調(diào)整方法為調(diào)整兩邊邊刀的支力銷的高度，使兩邊邊刀縫前后寬度和兩邊邊刀縫大小完全相等。

2.2 機械天平不等臂故障的調(diào)修

機械天平不等臂誤差是JJG98-2006《機械天平檢定規(guī)程》的一項重要計量指標(biāo)，新生產(chǎn)和修理后的不等臂誤差應(yīng)≤±3分度，使用中的不等臂誤差應(yīng)±9分度。不等臂誤差與載荷有關(guān)，載荷越大不等臂誤差越大，反之載荷越小不等臂誤差越小。不等臂誤差的產(chǎn)生原因很多：溫度變化造成受熱不均、螺絲不緊固、橫梁材質(zhì)差以及強度不高等。天平室應(yīng)保持恒溫狀態(tài)，從而避免稱量過程中單臂受熱或受熱不均造成兩臂的長度不相等。

橫梁的材質(zhì)應(yīng)選用膨脹系數(shù)小、強度高的材料制作，避免溫度變化時造成天平的膨脹程度不一樣。如果機械天平刀盒的固定螺絲上的不夠緊固，在搬運途中受震動后易改變邊刀與中刀的距離，從而造成不等臂誤差。機械天平調(diào)修三刀時也可能改變邊刀與中刀的距離，從而造成不等臂誤差。調(diào)修不等臂誤差的關(guān)鍵是調(diào)整兩邊刀盒與中刀的距離調(diào)整為一致。調(diào)修方法為：首先，松開邊刀盒的對頂螺絲，然后，再松刀盒底部左邊的升刀螺絲同時緊右邊的升刀螺絲，這樣可使刀盒稍微傾斜，從而刀子向左移動，右臂減小。調(diào)整位置合適后，再將緊固螺絲固定好。調(diào)整臂差時應(yīng)注意三刀引起的平行性與變動性變化。

調(diào)修要領(lǐng)為：（1）升降螺絲調(diào)大偏差；偏差螺絲調(diào)小偏差。（2）調(diào)短臂不調(diào)長臂；能調(diào)單臂不調(diào)雙臂。（3）盡量輕微調(diào)節(jié)，寧調(diào)十次接近，不調(diào)一次合格。

2.3 機械天平靈敏度的調(diào)修

機械天平經(jīng)過長時間使用或調(diào)修后靈敏度會發(fā)生一些變化，如果出現(xiàn)吃線或離線的問題應(yīng)及時進行調(diào)修。機械天平的靈敏度分為空秤靈敏度、全秤靈敏度和左右盤靈敏度?？毡P靈敏的檢測方法為放置一個10mg的砝碼在左秤盤，查看天平指針是否指向100分度值。指針沒有達(dá)到100分度值時表示靈敏度低，應(yīng)升高重心鉈。指針超過100分度值時表示靈敏度高，應(yīng)降低重心鉈。當(dāng)調(diào)整重心鉈達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)時應(yīng)調(diào)整全秤靈敏度。全秤靈敏度的調(diào)修方法為將兩邊的升刀螺絲松開，中間的降刀螺絲擰緊。左右盤靈敏度出現(xiàn)問題一般是中刀的故障，應(yīng)首先檢查中刀是否對稱，不對稱時需要更換中刀。然后檢查中刀支點，如果中刀或刀墊歪斜需要重新安裝中刀或刀墊。最后檢查刀子是否整潔，如果有臟污需要用酒精進行擦拭。

3 結(jié)語

機械天平的組成零部件很多，各個零部件又互相關(guān)聯(lián)，各計量性能也相互影響、相互制約。在進行機械天平的調(diào)修時要考慮其他計量性能變化。機械天平的零件比較脆弱，不可用力過大造成刀具的損壞。本文對機械天平計量性能的影響因素和主要故障的調(diào)修方法進行了分析，但還存在穩(wěn)定性故障、偏感故障和分度值故障等其他故障，限于篇幅原因本文沒有進行闡述，希望機械天平的檢定人員在今后的工作中能夠不斷總結(jié)經(jīng)驗，提升機械天平的檢定與調(diào)修水平。

[1]徐峰.機械天平空載、全載靈敏度與不等臂誤差的綜合調(diào)修[J].技術(shù)交流,2012,42(1):33-35.

[2]鐘荃.機械天平靈敏度的影響因素分析[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2014,13(14):112-113.

[3]黃小琳.機械天平的常見故障調(diào)修探討[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2016,35(11):91-92.

[4]朱亞紅,孫芳園.機械天平的不等臂故障分析與調(diào)修[J].計量與測試技術(shù),2015,42(1):37-40.

[5]陳博.如何快速檢測修理天平的不等臂誤差[J].中國計量,2017,(10):126-127.