机械天平计量性能影响因素分析与常见故障调修

周丽娟

（洛阳市质量技术监督检验测试中心，河南 洛阳 471000）

机械天平的测量可以达到0.0001g的精度，因此气流、冷源、热源、灰尘以及震动都会对测量造成影响。机械天平的测量原理是杠杆原理，由砝码、刀垫、刀乘、阻尼器和光学零件等多种部件组成。因为使用环境的原因，机械天平的零部件可能发生霉变、锈蚀、生雾或附着灰尘、漆屑等杂物从而影响计量准确性。机械天平的常见故障有：带针、跳针、摩擦、加码故障、不等臂、灵敏度超差、偏感、零点微调器故障和光学系统故障等。当机械天平出现故障时将严重影响天平的计量性能，不能保证称量的准确性和重复性。天平的准确性是由灵敏性和稳定性共同影响的，灵敏性是其感应质量的能力，稳定性是其抗拒外界干扰的能力。天平的示值不变性是指多次开关和复位后对同一质量值的复现性，也是机械天平的一项重要计量指标。

1 机械天平计量性能影响因素

1.1 温度对机械天平计量性能的影响

机械天平测量的基本原理是杠杆原理，如果室内环境温度控制不严格会造成天平的测量零部件出现热胀或冷缩的现象，使天平不能准确的反映被测物质的质量。例如：在实验室内对同一台称量为200g、精度为0.1mg的精密机械天平，使用中全称量天平的分度灵敏度是在秤盘上加放10mg标准小砝码进行检定，首先，室温设定为30℃后平衡2小时进行检定，天平移动100个分度；然后，将室温设定为20℃后平衡2小时进行检定，检定结果变为天平移动102个分度。这是因为天平零部件和装配螺钉的松紧程度受到热胀冷缩现象影响发生变化，三把刀的位置也会发生微量位移造成横梁重心移动，使得天平的灵敏度产生变化。此外，天平的环境湿度最好控制在70%以内，潮湿的环境有可能导致天平的砝码发生锈蚀或使显示屏幕起雾。

1.2 气流和震动对机械天平计量性能的影响

当放置机械天平的房间存在较强气流时会影响测量过程的平衡，导致天平的稳定性下降，最终对测量结果的准确性造成较大影响。同样，当房间受到外界较强震动因素的影响时也会对天平的平衡造成影响，或使天平的刀子与刀乘的接触部位产生改变，进而影响正常的摆动。如果天平室受环境条件限制，附近存在公路、铁路、动力设备等震动源时应设计减震操作平台。根据震动的大小可分别选用台式弹簧减震、隔离式弹簧减震、悬挂式弹簧减震、阻尼式减震、橡胶垫减震和毛毡隔离式减震等措施。为了避免气流的干扰，最好设置一个气流缓冲间降低气流的干扰。

1.3 灰尘、附着物和锈蚀对机械天平计量性能的影响

机械天平长时间使用后有可能沾染灰尘、附着物或发生锈蚀，附着物可能是水汽、油脂、木屑、漆屑、金属屑或棉纤维等杂物，灰尘、附着物和锈蚀均会对机械天平的计量性能造成影响。当附着物是水汽和油脂时会造成光学零件的起雾现象，水珠与玻璃接触后形成水性雾，油脂与玻璃接触后形成油性雾，两者都有时形成混合雾。刀乘、支点和刀垫被污染后会影响天平的平衡位置，砝码被污染锈蚀后会增加砝码的重量引起正偏差。进行清洗与擦拭可以有效避免灰尘、附着物和锈蚀对检定结果产生影响。乙醇可以溶解油脂、虫胶等多种脏污，并且无毒、挥发块，具有较好的清洗效果。光学零部件易选用1：4的乙醇与乙醚混合溶剂，如果污垢太多可增加乙醇的浓度。清洗砝码时需要将砝码卸下，放入乙醇中浸泡30分钟后，在滤纸上晾干后再依次装回原位。当砝码的锈蚀严重时，需要用锉刀锉掉多余的重量，对砝码校准后再行使用。

2 机械天平常见故障的调修

2.1 机械天平带针与跳针故障的调修

打开机械天平时，机械天平的指针迅速向某一方向偏移，然后再进行正常摆动的现象称为带针。造成带针故障的常见原因有：两边刀缝不等、中刀缝与边刀缝不等、两边托盘高度失调、潮湿或不清洁、横梁不等臂等。开启机械天平观察两边刀缝是否同时消失，如果刀缝不等则会造成刀缝小的一边刀乘先与刀刃接触，这时指针与横梁会快速向一边偏移，当另一边刀刃也接触后才能进行正常的摆动。两边刀缝不等时需要调整支持吊耳的支力销的高度进行刀缝的调整。中刀缝与边刀缝不等时，开启机械天平后如果中刀先接触刀乘横梁将向一边倾斜，当边刀与刀乘接触后才趋于平衡。

调修方法为升高横梁支力销，使中刀的间隙大于边刀的间隙。若取下托盘带针消失，需要调整托盘螺杆使托盘与秤盘处于稍微接触的状态。当吊耳、横梁或支力销潮湿或不清洁时也会造成带针，用脱脂棉沾少量无水酒精进行清洁即可。横梁不等臂，当开启器械天平时一边高一边低从而造成带针故障。测量横梁两端与底板的高度，如果高度一致应调节横梁支力销或横档柱底座螺丝高度，如果高度不一致应调节大小托翼之间的紧固螺母，调节两大托翼的高度。

打开机械天平时，机械天平的指针向后或向前进行跳动的现象称为跳针。跳针的原因通常由中刀缝或边刀缝的前后宽度不一致造成。取下吊耳和秤盘，慢慢开启和关闭机械天平，观察中刀刃是不是同时离开或接触刀乘，如果不是同时接触会引起指针的前后跳动。调修方法为调整横梁档柱底座上的前后高低定位螺丝，调整到合适位置保证中刀缝前后宽度一致。在天平后进行光源照射，慢慢开启和关闭机械天平，观察边刀刃是否同时与边刀乘接触，如果不是同时接触也会引起跳针。调整方法为调整两边边刀的支力销的高度，使两边边刀缝前后宽度和两边边刀缝大小完全相等。

2.2 机械天平不等臂故障的调修

机械天平不等臂误差是JJG98-2006《机械天平检定规程》的一项重要计量指标，新生产和修理后的不等臂误差应≤±3分度，使用中的不等臂误差应±9分度。不等臂误差与载荷有关，载荷越大不等臂误差越大，反之载荷越小不等臂误差越小。不等臂误差的产生原因很多：温度变化造成受热不均、螺丝不紧固、横梁材质差以及强度不高等。天平室应保持恒温状态，从而避免称量过程中单臂受热或受热不均造成两臂的长度不相等。

横梁的材质应选用膨胀系数小、强度高的材料制作，避免温度变化时造成天平的膨胀程度不一样。如果机械天平刀盒的固定螺丝上的不够紧固，在搬运途中受震动后易改变边刀与中刀的距离，从而造成不等臂误差。机械天平调修三刀时也可能改变边刀与中刀的距离，从而造成不等臂误差。调修不等臂误差的关键是调整两边刀盒与中刀的距离调整为一致。调修方法为：首先，松开边刀盒的对顶螺丝，然后，再松刀盒底部左边的升刀螺丝同时紧右边的升刀螺丝，这样可使刀盒稍微倾斜，从而刀子向左移动，右臂减小。调整位置合适后，再将紧固螺丝固定好。调整臂差时应注意三刀引起的平行性与变动性变化。

调修要领为：（1）升降螺丝调大偏差；偏差螺丝调小偏差。（2）调短臂不调长臂；能调单臂不调双臂。（3）尽量轻微调节，宁调十次接近，不调一次合格。

2.3 机械天平灵敏度的调修

机械天平经过长时间使用或调修后灵敏度会发生一些变化，如果出现吃线或离线的问题应及时进行调修。机械天平的灵敏度分为空秤灵敏度、全秤灵敏度和左右盘灵敏度。空盘灵敏的检测方法为放置一个10mg的砝码在左秤盘，查看天平指针是否指向100分度值。指针没有达到100分度值时表示灵敏度低，应升高重心铊。指针超过100分度值时表示灵敏度高，应降低重心铊。当调整重心铊达不到标准时应调整全秤灵敏度。全秤灵敏度的调修方法为将两边的升刀螺丝松开，中间的降刀螺丝拧紧。左右盘灵敏度出现问题一般是中刀的故障，应首先检查中刀是否对称，不对称时需要更换中刀。然后检查中刀支点，如果中刀或刀垫歪斜需要重新安装中刀或刀垫。最后检查刀子是否整洁，如果有脏污需要用酒精进行擦拭。

3 结语

机械天平的组成零部件很多，各个零部件又互相关联，各计量性能也相互影响、相互制约。在进行机械天平的调修时要考虑其他计量性能变化。机械天平的零件比较脆弱，不可用力过大造成刀具的损坏。本文对机械天平计量性能的影响因素和主要故障的调修方法进行了分析，但还存在稳定性故障、偏感故障和分度值故障等其他故障，限于篇幅原因本文没有进行阐述，希望机械天平的检定人员在今后的工作中能够不断总结经验，提升机械天平的检定与调修水平。

[1]徐峰.机械天平空载、全载灵敏度与不等臂误差的综合调修[J].技术交流,2012,42(1):33-35.

[2]钟荃.机械天平灵敏度的影响因素分析[J].产业与科技论坛,2014,13(14):112-113.

[3]黄小琳.机械天平的常见故障调修探讨[J].企业技术开发,2016,35(11):91-92.

[4]朱亚红,孙芳园.机械天平的不等臂故障分析与调修[J].计量与测试技术,2015,42(1):37-40.

[5]陈博.如何快速检测修理天平的不等臂误差[J].中国计量,2017,(10):126-127.