二、用天平稱質(zhì)量

1、天平的基本知識天平是一種測量物體引力質(zhì)量的儀器，其種類繁多，應(yīng)用廣泛，不僅在物理、化學(xué)、生物、材料等眾多科學(xué)實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮重要的作用，而且作為計(jì)量工具，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、市場經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部門也發(fā)揮了巨大的作用。1、天平的分類天平的分類有各種方法，如按天平結(jié)構(gòu)分類，按天平精度分類，按用途或稱量范圍分類等。在這里我們介紹兩種分類方法，其他分類方法參閱計(jì)量手冊和有關(guān)書籍。（1）按天平結(jié)構(gòu)分類（2）按量程范圍及等級精度分類2、天平的結(jié)構(gòu)圖1為物理天平的結(jié)構(gòu)圖無論是那種天平，天平的結(jié)構(gòu)大致可分為以下幾部分：（1）橫梁是“天平的心臟”，天平通過它的杠桿作用實(shí)現(xiàn)稱量，因此橫梁的設(shè)計(jì)、用料、加工都直接影響它的精度和計(jì)量

2、性能。材料一般采用鋁或鋼合金，高精度天平則采用非磁性的不銹鋼或膨脹系數(shù)很小的鈦合金。（2）立柱是“天平的脊梁”，作為支撐橫梁的骨架。它是一空心金屬柱，垂直地固定在底板上，柱內(nèi)有制動器升降桿，可帶動梁托架和托盤翼板上下運(yùn)動。圖1 物理天平A橫梁；刀口；C立柱；D刀承；吊耳；秤盤；G止動旋鈕；H止動架I鉛錘；底腳螺絲；調(diào)平螺絲；L指針；M標(biāo)尺；N游碼圖2為阻尼式分析天平結(jié)構(gòu)圖圖2 阻尼分析天平K調(diào)平螺絲；N游碼；P調(diào)靈敏度螺絲；阻尼盒；R游碼移動桿；其它與物理天平相同圖3為光電分析天平結(jié)構(gòu)圖圖3 TG-328B型半自動光電天平1橫梁；2平衡螺絲；3吊耳；4指針；5支點(diǎn)；6框罩；7圈碼；8指數(shù)盤；9

3、支柱；10梁托架；11阻尼筒；12投影屏；13秤盤；14盤托；15螺旋腳；16腳墊；17開關(guān)旋鈕；18零點(diǎn)微調(diào)桿；19變壓器；20電源插頭（3）制動系統(tǒng)是控制天平工作和制動橫梁及懸掛系統(tǒng)擺動的裝置，包括升降桿（立柱內(nèi)）、盤托等部件。啟動旋扭時(shí)，與旋扭相連接的開關(guān)軸使升降桿上升，帶動梁托架和盤托同時(shí)運(yùn)動，此時(shí)中刀落在立柱的刀承上，左右耳背落在兩只邊刀上，稱盤可自由擺動，使天平進(jìn)入工作狀態(tài)。反之，關(guān)閉旋扭時(shí)，天平處于休止?fàn)顟B(tài)。（4）懸掛系統(tǒng)包括秤盤、吊耳和內(nèi)阻尼筒等部件。（5）讀數(shù)系統(tǒng)一般包括兩部分，一部分是砝碼，另一部分是游碼。（6）天平的防護(hù)部件，除起到保護(hù)天平，還可防止外界氣流、熱輻射、濕度

4、和灰塵等對稱量的影響。3、天平的主要技術(shù)指標(biāo)（1）天平的載量：是指天平所能承受的最大稱程范圍。（2）天平的靈敏度：是指天平兩側(cè)負(fù)載相差一個(gè)單位質(zhì)量時(shí)，天平指針偏轉(zhuǎn)的分格數(shù)。天平的敏度高，說明天平的性能好。當(dāng)天平一則增加一小質(zhì)量時(shí)，指針向另一則偏轉(zhuǎn)n個(gè)格（div），則天平的靈敏度等于 （1）（3）天平的感量：是指天平指針偏轉(zhuǎn)一個(gè)分格時(shí)所加載的砝碼數(shù)。數(shù)值小，說明天平的性能好，即儀器的分辨率高。天平的靈敏度與感量之間的關(guān)系互為倒數(shù)，則有 （2）（4）天平幾個(gè)點(diǎn)的概念：天平的停點(diǎn)是指天平指針擺動時(shí)最后所停在的位置；天平的零點(diǎn)是指天平空載時(shí)的停點(diǎn)；天平的平衡點(diǎn)是指天平調(diào)節(jié)平衡后空載時(shí)天平指針的停點(diǎn)；當(dāng)

5、天平調(diào)節(jié)為可測量狀態(tài)時(shí)，天平的零點(diǎn)和天平的平衡點(diǎn)應(yīng)該是同一個(gè)點(diǎn)。4、天平的測量誤差在用天平稱質(zhì)量時(shí)，其測量誤差主要來源于以下幾個(gè)方面：（1）天平的示值誤差：這部分誤差主要屬于系統(tǒng)誤差（如天平的不等臂）和隨機(jī)誤差（如每一次讀數(shù)的不同）。（2）分度值誤差：這部分誤差主要屬于系統(tǒng)誤差。（3）砝碼誤差：這部分誤差也屬于系統(tǒng)誤差。5、天平的稱量方法天平的精密稱衡（1）交換稱衡法（亦稱復(fù)稱法）為了觀察和消除可能存在的天平不等臂誤差（指這種不等臂誤差很小時(shí)，否則就要作結(jié)構(gòu)調(diào)整了），常用的方法就是交換稱衡法，即先將被測物體放在左盤，砝碼放在右盤，稱出質(zhì)量，然后將被測物體放在右盤，砝碼放在左盤，稱出質(zhì)量，觀察和

6、的差異值，以此判斷不等臂誤差的情況。若較小，在天平和砝碼的允差范圍內(nèi)，重復(fù)多次測量，可以近似用（3）公式求出待測物體的質(zhì)量，消除天平的不等臂誤差。 （3）交換稱衡法適用于各種等臂天平，是物體質(zhì)量精密測量和砝碼檢驗(yàn)的基本方法之一，并可對橫梁不等臂性誤差進(jìn)行計(jì)算和修正。（2）替換法直接替換法適用于等臂和不等臂天平，將標(biāo)準(zhǔn)砝碼B置于右盤上，而把與待測物質(zhì)量相同（同名義質(zhì)量）的平衡重物T放在左盤，使天平達(dá)到平衡，重復(fù)數(shù)次，記下平衡點(diǎn)位置（或記下此時(shí)稱量值）。取出標(biāo)準(zhǔn)砝碼（或取出同樣質(zhì)量的平衡重物），換上待測物體A，若天平的平衡狀態(tài)被破壞，則在比較盤中添加或減少標(biāo)準(zhǔn)小砝碼b，使天平重新達(dá)到平衡，重復(fù)數(shù)次

7、，記下新的平衡位置（或記下此時(shí)的稱量值），待測物體的質(zhì)量由（4）式給出 （4）S為最小分度值，為添加或減少的標(biāo)準(zhǔn)小砝碼，第二項(xiàng)由替換前后指針偏轉(zhuǎn)方向所定，第三項(xiàng)與在比較盤中是添加還是減少標(biāo)準(zhǔn)小砝碼有關(guān)。例 有一待測物A約為100g，試用替換法測定其質(zhì)量，標(biāo)準(zhǔn)砝碼解： 測量數(shù)據(jù)如表1所示表1 替換法測定質(zhì)量序號左盤右盤讀 數(shù)平衡位置添加小砝碼左盤右盤1TB-0.1-0.1+0.1-0.12TA+6.6+6.7+6.8+6.8由式（4）可求出待測物A的質(zhì)量為： 替換法操作簡便，用單臂稱量，能消除不等臂性誤差。6、天平使用注意事項(xiàng)（1）天平調(diào)節(jié)和使用規(guī)則的注意事項(xiàng) 水平調(diào)節(jié)：檢查水平儀的水平泡是否居

8、中，若有偏離則表明天平不水平，應(yīng)調(diào)節(jié)天平底座的螺旋腳，使水泡居中。 零點(diǎn)調(diào)節(jié)（天平平衡點(diǎn)的調(diào)節(jié)）：當(dāng)天平空載且指針有偏移時(shí)，則調(diào)節(jié)橫梁上的平衡螺絲（調(diào)平砝碼），進(jìn)行水平調(diào)節(jié)。 加減砝碼時(shí)，動作必須輕緩，否則會使刀刃急觸而損壞，造成計(jì)量誤差。 一般在用高精度分析天平稱量時(shí)，應(yīng)先用物理天平粗測一下樣品的質(zhì)量，再用高精度分析天平精密測量。 在操作過程中，盡量不要開啟天平的前門，取放物體可通過左側(cè)門，取放砝碼可通過右側(cè)門，且開關(guān)門時(shí)要輕緩。 每次稱量時(shí)，嚴(yán)禁在天平的工作狀態(tài)下增減砝碼，樣品或砝碼盡可能地放在稱盤中央，以免稱盤晃動磨損刀刃和影響迅速讀數(shù)。（2）天平砝碼使用注意事項(xiàng)砝碼是稱量的基準(zhǔn)，必須保持其質(zhì)量的準(zhǔn)確性，使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 取用砝碼時(shí)要用鑷子，絕對禁止直接用手拿砝碼，鑷子不用時(shí)應(yīng)隨時(shí)放在砝碼盒內(nèi)。 因?yàn)轫来a和天平是配套檢定的，即每架天平都有它配套的砝碼，因此在同一實(shí)驗(yàn)中不要隨意更換天平或砝碼。同時(shí)，同一盒砝碼中各個(gè)砝碼的質(zhì)量彼此都保持一定的比例關(guān)系，因而不要將砝碼盒內(nèi)的砝碼相互調(diào)換。 大砝碼置于稱盤中央，小砝