机械天平变动性产生的原因及排除方法

张海华

新疆哈密市质量与计量检测所 新疆哈密 839000

所谓的变动性，就是每次开启天平后的静止点均不在一个平衡位置上。天平变动性较好，就是多次开启天平，平衡位置仍然不变。天平变动性产生的原因很复杂，精度越高的天平，越容易出现变动性。天平变动性产生的原因主要有以下几个方面：

1 天平本身引起的变动性

1.1 刀口钝化

刀口是横梁的核心，刀口不直，有凹凸、崩缺现象，则天平往往会出现变动性。是否由刀口钝化造成，可以直接检查刀口，开启天平，待平衡静止后，在左盘或右盘加一个相当于标牌全量的砝码，当指针产生大的偏斜后，立即撤去，可用机械加码比较方便[1]。如果标牌不能从偏斜方向回到原平衡位置，而又没有碰挂或阻挡时，一般有两种可能性，一是三刀口不平行，若已排除三刀不平行现象，则可判定为刀口钝化所致。或者对光检查刀口是否有凹凸不平或裂纹，在实际中最简单有效的办法是用手指甲划过刀口，看有无钝化。

1.2 三刀口不平行产生变动性

三刀口不平行，使得每次作用产生的力矩不等，得到的各次不同的平衡位置而呈现变动性。

1.3 由于刀子松动产生变动性

如果刀子粘接不牢固，使刀子发生松动，会使天平产生变动性，可将刀口粘接固定，并重新调整计量性能。

1.4 由于天平稳定性较差引起的变动性

稳定性不好的天平，必然出现变动性，越不稳定的天平变动性越大。对于这种原因导致的变动性，排除的办法，只有降低天平的灵敏度以增加稳定性。

1.5 由于天平底座不水平引起变动性

天平底座若不水平，则天平各部件间按底座水平状态调整好的配合失调，容易导致变动性，严重时甚至天平不能运行，因此，保证天平底座水平是减少引起变动性的因素之一。

2 由于外界因素引起的变动性

外界环境对于天平变动性的影响很大。越精密的天平，对外界环境要求越严格。

2.1 震动的影响

震动有强有弱，但对天平示值变动性都有影响。越精密的天平，防震要求越严格。如果天平室临近马路，建筑物墙壁上装有通风设备或将天平室设在二楼以上等，都会使天平呈现出变动性。严重的甚至在天平启动后，指针摆动不已，震颤不停，无法读数。而且由于震动的原因会加速天平刀口的磨损，大大降低天平的使用寿命。因此，震动对于天平，尤其是精密天平危害大，应予以避免。

2.2 温度的影响

精密天平对于温度的要求比较严格。如果天平室温度不稳定，处于变化之中，天平横梁两臂长也就在变化之中，而且室内各部分温度不可能完全一致，两臂不会完全等量地变化。也就是说臂差处在随温度变化而变化之中，同时横梁重心，三刀的位置关系也随之变化。因此，在同样载荷下，示值必然随之变化不定。所以，天平室要求温度相对均匀稳定，对于三级以上特别是微量天平要求恒温在18℃-26℃，每小时波动不超过0.5℃。如果室温较低或过高，或者室内温度很不均匀，天平出现变动性，应首先考虑温度的影响。

2.3 湿度的影响

如果湿度较高，当称量在天平秤盘上放置较干燥的物体时，秤盘上的水汽则“转移”到该物体上而被带走，使秤盘减轻重量，零点发生变化，出现变动性。这一变动性有时是很大的，但由于因湿度造成的变动性，待一段时间天平内湿度平衡后，天平又会恢复原来的零点。

湿度过大，会使天平锈蚀甚至失灵，因此，在天平维护、保养和使用中，要保持天平的相对干燥。除避免放置在潮湿环境外，一般要在天平内放固体干燥剂。

2.4 气流的影响

一般化验室在大风天气，如果天平室密封不好，有气流冲击，会感到天平不停点。应修整天平框罩，改善环境。

2.5 灰尘的影响

天平应保持清洁，定时清扫，若天平不清洁，会出现变动性，主要有以下三方面：

（1）刀口和刀承不清洁，附着灰尘，会增加它们之间的阻力，不能正常运行而出现变动性。

（2）各部件间因附着灰尘等而产生摩擦，各传动部分因灰尘也会不灵活，产生示值改变出现变动性。

（3）由于天平不清洁，在称量过程中，横梁、阻尼器、秤盘等上面的灰尘会造成示值改变，呈现变动性。

3 由于操作使用不当出现的变动性

（1）对于指针摆动性天平，由于指针与标牌之间有一定距离，若计量人员对指针的视线角度不同，对同一指针位置在标牌上反映的读数就不一样。如果两次称量结果虽然相同，但由于前后两次视线角度的改变，其读数不一样，这就造成所谓视觉误差，误认为是变动性，因此，对于计量人员应固定其观测角度，以免造成视角误差。

（2）对于电光阻尼式天平，计量人员在天平处于似停非停的瞬间，摆动尚未静止而读数；或对于指针摆动式天平，指针摆动尚未到回转点而读数，均可造成读数误差。虽然天平在相同载荷下两次平衡位置都相同，但两次或其中一次，对其平衡位置记值不正确，得到两个不同的平衡位置，误认为变动性。因此，对于阻尼天平，一定要待指针静止。对于摆动式天平，要待指针到回转点方向读数，不要匆忙读数。

（3）因被称量物品处理不当引起变动性。

①被称物过于干燥引起变动性。天平内虽然放置有干燥剂，但天平内相对于干燥箱内或高温炉内湿度要大得多。若放在天平内称量，那么由于秤盘湿度大于烧杯、坩埚的湿度，秤盘上的水汽则被吸走，而减轻重量，分度值为0.1mg的天平就能明显反映出零点的变化。但当关闭天平，待两秤盘湿度平衡以后，天平又会恢复到或接近原来的零点。若用湿度较高的物品在干燥的天平上称量，也会因秤盘“吸潮”出现变动性。

如果出现上述情况，在处理称量结果时，是按称量前对的“零点”，还是按称量后的“零点”，或取其平均值来计算呢，显然，应以称量前的“零点”作为零点计算。若再继续称量，应待两秤盘湿度平衡后，重新调整零点，以新零点为零点。

②被称物的温度与天平内温度不一致引起的变动性。若被称物的温度高于或低于天平内的温度时，将其放到天平内，必然要引起这一侧温度变化和波动，使天平出现变动性。因此，在称量时，对于精密天平，要使被称物与天平等温、等湿。

③易挥发被称物未密闭引起变动性。如果被称物是易挥发物而未密闭，使称量物体不断挥发而减轻质量，在精密天平上呈现示值不定，指针不停点。因此，对于易挥发物应密闭称量。

④静电引起变动性。若在称量前，用干燥的绸布之类擦拭干燥的烧杯等容器容易使之带电，将这样的被称物放进秤盘，会因静电效应而使天平摆动不正常出现变动性，尤其是对于高精度天平，这种现象更为显著。因此，对于易摩擦带电的被称物，不宜在称量前擦拭，擦拭后放置一段时间，使之可能的带电释放完毕再称量。

⑤由于天平不清洁，称量时带走了盘中的灰尘或带进灰尘，或遗留微量被称物，改变原来两秤盘的重量而发生零点的示值改变，呈现变动性。因此，操作时务必保持清洁，细心[2]。

对于精密天平，计量人员将手直接接触秤盘，使手上的汗液黏附在上面，或启动太快等等原因也会使天平出现变动性。

以上对于天平示值变动性的原因及排除方法的介绍，并非完全的。对不同的天平，需要长期实践中摸索经验，逐步做到对天平变动性原因有一个较全面的认识。当天平出现变动性时，要耐心、细致地进行观察、分析采取正确的方法处置。