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天平的分類、準(zhǔn)確度級(jí)別及選用
點(diǎn)擊次數(shù)：19898 發(fā)布時(shí)間：2021-7-13
一、天平的分類
從天平的構(gòu)造原理來分類，天平分為機(jī)械天平(杠桿天平)和電子天平兩大類。
機(jī)械天平是利用杠桿平衡原理測(cè)定物體質(zhì)量的測(cè)量?jī)x器。可以分為等臂雙盤天平和不等臂單盤天平。雙盤天平還可分為擺動(dòng)天平和阻尼天平，普通標(biāo)牌天平和微分標(biāo)牌天平(有光學(xué)讀數(shù)裝置，亦稱為電光天平)。按加碼器加碼范圍，可分為部分機(jī)械加碼天平和全部機(jī)械加碼天平。由于雙盤天平存在不等臂性誤差、空載和實(shí)載靈敏度不同等固有缺點(diǎn)，逐漸被不等臂單盤天平代替。不等臂單盤天平采用全量機(jī)械減碼，克服了雙盤天平的上述缺點(diǎn)，操作更為簡(jiǎn)便。
電子天平是利用電磁力或電磁力矩補(bǔ)償原理，實(shí)現(xiàn)被測(cè)物體在重力場(chǎng)中的平衡，來獲得物體質(zhì)量并采用數(shù)字指示裝置輸出結(jié)果的衡量?jī)x器。電子天平是新一代的天平，它稱量速度快，顯示清晰，操作簡(jiǎn)便，靈敏度高。而且具有自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、質(zhì)量電信號(hào)輸出功能，且可與打印機(jī)、計(jì)算機(jī)聯(lián)用，在檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量保證中有著不可替代的作用，是先進(jìn)的天平，已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。
通常稱為“分析天平"的天平是用于化學(xué)分析和物質(zhì)精確衡量的高準(zhǔn)確度天平。這類天平的最小分度值都小于最大秤量的10-5，屬于特種準(zhǔn)確度級(jí)的電子天平(Ⅰ級(jí))。分析天平可按衡量范圍和最小分度值分為常量天平(衡量范圍和最小分度值分別為100～200g和0.01～1mg)、半微量天平(衡量范圍30～100g和1～10g)、微量天平(3～30g和0.1～1g)和超微量天平(衡量范圍3～5g和0.1g以下)。
二、天平的準(zhǔn)確度級(jí)別
我國(guó)現(xiàn)行的國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 98-2006《機(jī)械天平檢定規(guī)程》按照天平的計(jì)量性能要求，將天平的準(zhǔn)確度級(jí)別分為特種準(zhǔn)確度級(jí)(I級(jí))和高準(zhǔn)確度級(jí)(Ⅱ級(jí))。JJG 1036-2008《電子天平檢定規(guī)程》除了上述2級(jí)，還有中準(zhǔn)確度級(jí)(Ⅲ級(jí))和普通準(zhǔn)確度級(jí)(Ⅲ級(jí))。下面以電子天平為例介紹。
天平的分度值在天平計(jì)量性能要求上有如下定義。
實(shí)際分度值(d)：指相鄰兩個(gè)示值之差。即天平標(biāo)尺一個(gè)分度對(duì)應(yīng)的質(zhì)量。
檢定分度值(e)：用于劃分天平級(jí)別與進(jìn)行計(jì)量檢定的以質(zhì)量單位表示的值。對(duì)于無輔助裝置的天平，檢定標(biāo)尺分度值e等于實(shí)際標(biāo)尺分度值d。有輔助裝置的天平，如電子天平，檢定標(biāo)尺分度值e由生產(chǎn)廠根據(jù)檢定規(guī)程的規(guī)則選定。它不像d值不變，由下式規(guī)定：d≤e≤10d；在計(jì)量檢定中若各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的最大示值誤差均不大于1d，可確定e=d；有時(shí)還需根據(jù)具體情況而定，比如當(dāng)d為0.2mg時(shí)，e=5d；d為0.5 mg時(shí)，e=2d。我們把除了e=d以外的情況都?xì)w為e≠d，其中以e=10d最為常見。這就是必須根據(jù)檢定分度值e來對(duì)電子天平進(jìn)行等級(jí)劃分的原因。
檢定分度數(shù)(n)：最大秤量與檢定分度值之比
n＝Max/e
上式是對(duì)于具有單一量程范圍的天平，在整個(gè)稱量范圍內(nèi)的最大秤量所對(duì)應(yīng)的檢定分度數(shù)，是決定天平準(zhǔn)確度級(jí)別的指標(biāo)。雙量程的天平另行規(guī)定。
例如：梅特勒AE200電子天平，最大秤量為200g，實(shí)際分度值為0.1 mg，檢定分度值為0=10d=1mg，檢定分度數(shù)n=200/0.001=2×105。按表2-1的分級(jí)，屬特種準(zhǔn)確度級(jí)。
天平按照檢定分度值e和檢定分度數(shù)n，劃分成下列四個(gè)準(zhǔn)確度級(jí)別：
表2-1天平準(zhǔn)確度級(jí)別與e, n的關(guān)系
注：在上表的最后一列中，除e<1mg的①級(jí)天平外，其余用d代替e計(jì)算最小秤量。
三、如何選用天平
天平的名稱、規(guī)格不同，價(jià)格相差很大。需要我們?cè)诹私馓炱降募夹g(shù)參數(shù)和各類天平特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)各分析項(xiàng)目稱樣量大小及稱量要求的精度等來選用天平。各生產(chǎn)廠給出的電子天平的型號(hào)規(guī)格的參數(shù)不盡相同，主要有：名稱、型號(hào)、稱量范圍(單量程或雙量程)、分度值(有的稱可讀性精度)、重復(fù)性、秤盤直徑、工作空間高度等。
1．最大秤量
選擇電子天平還要看天平的量程是否滿足稱量要求，一般取常用最大載荷加上20％左右的保險(xiǎn)系數(shù)即可。量程并非越大越好，因?yàn)橥瑯泳鹊奶炱?，量程越大，價(jià)格越貴。
2．準(zhǔn)確度級(jí)別的選擇
要根據(jù)檢定分度值(e)來選擇符合稱量的精度要求的天平，而不是天平的分度值(d )，對(duì)于機(jī)械天平，當(dāng)某型號(hào)的天平檢定標(biāo)尺分度值。等于實(shí)際標(biāo)尺分度值d時(shí)，可以用分度值；對(duì)于電子天平，比如一臺(tái)實(shí)際標(biāo)尺分度值d為0.1mg，檢定標(biāo)尺分度值e為1mg的天平，就不能滿足化學(xué)分析中稱量0.6g基準(zhǔn)物，因?yàn)橐蠓Q量精確至0.1 mg。
3．單量程或雙量程
雙量程的電子天平例如奧豪斯EX125D，稱量能力為120g/52g，最小顯示值0.1mg/0.01mg，重復(fù)性(標(biāo)準(zhǔn)差);≤0.1 mg (120g量程)；≤0.02mg (52g量程)?？梢詽M足不同稱量精度的應(yīng)用。
又例如，稱樣量5mg，要求精確至1％即0.05mg的稱量，樣品加容器的質(zhì)量小于1g，可以選用最大秤量2g，檢定分度值小于0.05mg的半微量天平。
4．自動(dòng)化程度更高的電子天平
電子天平的發(fā)展主要體現(xiàn)在應(yīng)用技術(shù)和風(fēng)險(xiǎn)(稱量的不確定度)控制能力的發(fā)展，同樣的技術(shù)指標(biāo)，由于對(duì)稱量風(fēng)險(xiǎn)控制能力不同，可以在價(jià)格上相差好幾倍。根據(jù)需要，可以選用具有監(jiān)視和控制天平準(zhǔn)確度功能的天平。天平違反限制條件，將不會(huì)輸出數(shù)據(jù)的功能，這些條件為：樣品量小于最小秤量、天平?jīng)]有調(diào)整水平、天平需要校準(zhǔn)等。先進(jìn)的電子天平具有全自動(dòng)水平調(diào)整、時(shí)間和溫度觸發(fā)的自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)的可重復(fù)性測(cè)試、偏載誤差自動(dòng)補(bǔ)償和超高壓靜電消除功能等。