天平测量仪

天平，用于比较两个物体重量的仪器，通常出于科学目的，以确定质量（或重量）的差异。

等臂平衡的发明至少可以追溯到古埃及人的时代，可能早在公元前5000年。在最早的类型中，梁被支撑在中央，而锅则通过绳索从末端悬挂下来。在设计上的后来改进是罗马人在基督时代引入的销钉穿过梁的中心作为中心轴承。刀刃的发明在18世纪导致了现代机械天平的发展。到19世纪末，天平在欧洲已经发展成为世界上最精确的测量设备之一。在20世纪，电子天平得到了发展，它依赖于电气补偿而不是机械偏转。

机械天平主要由刚性梁组成，该刚性梁在水平的中央刀口上作为支点振荡，并且两端的刀口与中心平行且等距。将要称重的负载支撑在悬挂在轴承上的秤盘上。为了获得最佳设计，在端部轴承和锅之间放置了两个或更多附加刀刃，一个用于防止平面倾斜，另一个用于将载荷中心固定在端部刀刃上的特定点。制动机构通过将刀刃与轴承分开来防止在装载过程中造成损坏。天平的偏转可以通过连接到光束并越过刻度的指针来指示，也可以通过光束上的镜子反射到远处的刻度来指示。

使用天平最明显的方法称为直接称量。将要称重的材料放在一个盘上，另一盘上有足够的已知重量，以使光束保持平衡。零读数与秤盘加载的读数之间的差异表示刻度划分中的载荷之间的差异。这种直接称重要求臂的长度相等。当不等臂引起的误差大于要求的精度时，可以使用称量的替代方法。在这种方法中，将平衡重物添加到一个秤盘上，以平衡另一个秤盘上的未知负载。然后，将已知的权重替换为未知的负载。该方法仅要求梁的两个臂在称重期间保持相同的长度。对于两个负载，不平等的任何影响都是相同的，因此可以消除。

容量小于1克的小型石英微天平的可靠性远高于具有三个带刀刃的金属梁的小型化验型天平。微量天平主要用于确定气体的密度，尤其是只能少量获得的气体的密度。天平通常在气密室中工作，重量的变化是通过悬挂天平的气体对天平产生的净浮力的变化来测量的，气体的压力可调节并通过与平衡计相连的水银压力计。

超微量天平是任何称重设备，用于确定比微量天平可以称量的较小样品的重量，即总量仅为一微克或几微克。成功构建超微量天平的原理包括结构元件的弹性，流体的位移，借助电场和磁场的平衡以及这些的组合。通过确定位移的光学，电学和核辐射方法，以及通过光学和电学方法测量用于恢复由称重的样品引起的位移的力，可以测量由称重的微小质量产生的影响。

传统天平在现代的成功依赖于某些合适材料的弹性，特别是石英纤维，这些材料具有很高的强度和弹性，并且相对不受温度，磁滞和非弹性弯曲的影响。最成功，最实用的超微量天平是基于通过向石英纤维施加扭矩来平衡负载的原理。一种简单的设计是将刚性纤维用作水平梁，并在其中心处以直角将其密封的拉伸水平石英扭转纤维支撑。在横梁的每一端悬挂一个锅，一个与另一个保持平衡。通过旋转扭力纤维的末端来恢复由将样品添加到一个锅中引起的光束偏转，直到光束再次处于其水平位置，并且可以将悬浮纤维中的整个扭力范围用于测量将负载添加到一个锅中。通过连接到扭力纤维末端的刻度盘读取恢复所需的扭力量。通过相对于已知重量校准天平并从重量与扭矩的校准图表中读取值来获得重量。与仅依靠结构构件的弹性的直接位移平衡不同，扭力平衡允许重力平衡负载的最大部分，即平底锅，从而大大提高了负载能力。

20世纪后期的天平通常是电子天平，比机械天平精确得多。扫描仪测量了盛有待称重物体的锅的位移，并借助放大器和可能的计算机，产生了电流，使锅回到其零位。在数字屏幕或打印输出上读取测量值。电子称重系统不仅可以测量总质量，还可以确定平均重量和水分含量等特性。