机械天平空、全载灵敏度和横梁不等臂性误差的综合调修与理论计算

/ 西安计量技术研究院

0 引言

杠杆式机械天平在使用中，由于刀刃的磨损、承载时横梁轻微变形或刀盒位置的微小位移等因素，会使天平的三刀不在一条直线上，这就是机械天平的三刀吃离线。机械天平三刀吃离线会导致天平在称量时，天平的灵敏度随着载荷质量的变化而变化。

机械天平经过调修就会出现程度不同的横梁不等臂现象，即便是新购买的天平，经过运输也会出现不等臂现象。JJG 98-2006《机械天平》检定规程对横梁不等臂性误差有严格要求，如果大于允差就视为不合格，需要进行修理。首先要区分产生不等臂的原因，外界因素引起的不等臂性误差，应找出外界因素的原因 （如温度等），并设法排除，使天平恢复正常状态。这时不可调整天平横梁系统，以免造成人为的故障。天平本身造成的不等臂性误差，应调整天平的两臂，使其长度相等。

1 空、全载灵敏度误差的检测与调修

把机械天平两边刀的刀刃连成一条直线。如果机械天平的中刀刃位于连线下方，则称为三刀吃线，此时，天平在称量时灵敏度随着载荷的增加而提高；反之，如果天平的中刀刃位于连线上方，则称为三刀离线，此时，天平在称量时灵敏度随着载荷的增加而降低；如果机械天平的中刀刃正好处在这一连线上，则称为三刀平线，此时，天平的灵敏度不随载荷质量的变化而变化。三刀吃离线如图1所示。

1.1 空、全载灵敏度误差的检测

以TG328A型天平为例，在检定中得到数据如表1所示。

经计算：

图1 三刀吃离线

此天平空、全载灵敏度误差严重超差，需要进行调修。

1.2 空、全载灵敏度调修计算公式

发现灵敏度误差很大需要调修时，大多数人都是凭经验调修。经验不足时，往往会多次调修，甚至误差越调越大。至于调到什么位置合适呢？把平线时的分度灵敏度公式介绍给大家，供调修时参考。计算平线时应调分度灵敏度的分度公式如式（1）：

表1 TG328A检定数据

式中：n— 平线时应调分度灵敏度的分度数；

N0— 空载时的分度灵敏度分度数；NP— 全载时的分度灵敏度分度数；

Q0、P0— 空载时左、右盘悬挂系统的质量；Q、P— 全载时左、右盘全载荷砝码质量

经过称量得到TG328A型天平的悬挂系统质量为112.534 g，代入式（1）计算得到：

所以这台天平的平线灵敏度应调到111分度，这时空、全载灵敏度都处于这个位置，即天平处于平线状态。

1.3 调修方法及注意问题

当N0＞NP，也就是空载灵敏度大于全载灵敏度，因此可以断定天平处于离线状态，调修方法是升刀。我国国产的光电机械天平，其中刀是固定的，没有设计调整量，只有两个边刀或者一个边刀能够调整。以上海精密科学仪器厂生产的TG328A型天平为例，其刀盒结构如图2。具体做法是:先松开右边刀盒中间螺丝，再拧紧两边螺丝，即中间螺丝顺时针方向调，两边螺丝逆时针方向调。

图2 刀盒结构

调修灵敏度时需注意的几个问题：

1）调修天平空、全载灵敏度误差时，首先要正确判定天平的吃离线状况，并且要熟悉天平的刀盒结构和升降螺丝的位置，从而确定松紧每个螺丝的先后顺序，否则，就可能越调问题越大。

2）每种型号天平的悬挂系统质量都有一定的差别，应用公式时要先称量此种型号天平悬挂系统的质量。一般情况下，光电分析天平悬挂系统的质量是天平最大载荷的1/2左右。

3）在调修灵敏度时，要兼顾天平的臂差，在升降刀盒时，臂差螺丝要贴紧刀盒。

4）调整重心铊位置的高低来调整灵敏度的大小，只能保证天平空载灵敏度符合要求，却不能保证天平的全载灵敏度;只有在天平空、全载灵敏度大小一致时，才能用重心铊调整灵敏度大小，这样才能保证天平空、全载灵敏度同时合格。

5）调修时要细心，动作要轻柔，要一手扶稳横梁，一手进行调修，切不可损坏天平刀刃。

2 横梁不等臂性误差的计算与调修

2.1 理论计算

根据JJG 98-2006并引用表1的检定数据，天平的横梁不等臂性误差为

根据JJG 98-2006，在检定过程中，平衡位置I2相对于平衡位置I1代数值减小，所以公式圆括号前取正号。

横梁不等臂性误差大于9个分度时，横梁不等臂性误差项不合格。实际调修中的计算公式如式（2）。

式中：y— 天平偏差调整量；

Y— 天平横梁不等臂性误差；

Q0— 悬挂系统质量；

Q— 天平全载时的砝码质量

将数据代入式（2）得：

需要说明的是，偏差的调整方向与偏差的方向相反。有时偏差调整量与实际情况有微小的出入，主要是天平的内应力造成的，可忽略不计。因此横梁不等臂性误差值应调至：

2.2 调修方法

调修横梁不等臂性误差时，若刀子固定在刀盒内，没有调整不等臂误差的偏差螺丝时，只准向刀盒方向顶偏差螺丝，不能向回退，也就是调整时，只能加长短臂，不能缩短长臂，否则，容易引起变动性故障。

天平不等臂性误差较大时，不能单靠调整偏差螺丝，即使能调过来，刀盒也顶歪了，处于倾斜状态，影响天平的计量性能，所以这种情况应该平行移动刀盒的位置。具体做法是：首先松开刀盒上的对顶螺丝，然后松开刀盒底部的升刀螺丝，将刀盒向等臂位置上平移，位置合适后固定好螺丝。天平不等臂的大小是可测量的，因此它的调整量也可以预测。要消除天平的不等臂性误差，不能按误差的实际量调整，而应将天平不等臂调修到最佳点。只有掌握偏差调整量的计算方法，才能够调修准确。

3 结语

以上介绍了天平空、全载灵敏度不一致及不等臂误差的调修及理论计算。因调整刀线后，横梁的重心、不等臂性都会发生变化，所以当天平空、全载灵敏度不一致时，应先调修吃离线，后调修不等臂性，最后通过升降重心砣，将灵敏度调至合格范围。

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