天平的示值变动性也称为示值不变性,或简称为变动性或不变性。其含义是在不改变天平状态的情况下,多次开关天平,如天平平衡位置的重复性很好。或者,对同一物体作连续重复称量(测定天平全载示值变动性时,最好应将一对称量砝码在秤盘上前后移动位置,移动范围约等于秤盘半径的1/3),各次所测得的结果如完全相同,即为天平的不变性很好,或无变动性。
稳定性与变动性之间有共同点,也有不同之处。稳定性只与横梁的重心位置有关:重心(感量铊)越高,天平越不稳定,但越灵敏,示值变动性也越大;而示值变动性的大小,除与横梁重心位置有关外,还与温度、气流、震动以及横梁的调整状态等因素有关。
示值变动性实际上表示了衡量结果的可靠程度。天平的精确度不只是决定于灵敏度,还与它的示值变动性有关。在不能保证天平的示值变动性不超出一定范围的前提下,单纯提高灵敏度是没有意义的。两者在数值上应保持一定的比例关系。我国规定(中国科学院《天平检定规程JJG98-72(试行本)》第2条 技术标准出版社 1972年11月)两者的比例关系为1:1,即规定天平的示值变动性不得大读数标牌1个分度。这样,就使天平既具有尽可能高的灵敏度,变动性也不致过大。若一味地提高天平的灵敏度,势必会使变动性增大,结果,既不能提高称量结果的精确度,而且又会因过大的变动性造成使用者感到疲劳和不耐烦。
天平的变动性取决于天平的装配质量,以及刀刃与刀承之间的摩擦大小和刀的锐钝程度。如发现天平变动性太大,一般化验分析工作者是不允作自己调节修理的,需专门天平修理技工进行检修。
天平检定程序具体操作如下(中国计量科学研究院《天平、砝码检定规程(试行本)参考资料》技术标准出版社 1972年)(表3-2):
1.两盘空载,开动天平,使天平进入自由摆动状态。对予无阻尼天平,待摆动1~2周期后,在标牌上读取指针在两倒摆动最远点的四个连续读数(习惯是从左侧开始读),将所测读数记入“天平检定记录表”中。关上天平。利用前三个读数照公式 L=(L1+2L2+L3)/4计算出其平衡点L1;对于阻尼天平,则以天平一次静止点的位置作为天平的平衡点L1。
2.将顶先选定的小砝码r加在左盘中,测定天平空裁时左盘分度值。这个小砝码对于普通标牌天平须能改变平衡位置不少于3个分度值,对于具有阻尼器微分标牌天平应改变其一侧的所有正式分度。开启天平,按上面同样方法记录天平指示器读数,确定天平的平衡位置L2。关上天平。
3.从左盘中取下小砝码r。把相当于天平最大载荷的一对砝码P1和P2,分别放在天平的左、右盘的中心。半开启天平,若天平不平衡,即关上天平,然后将适当的平衡重物加于较轻的一盘中。再开启天平,测定其平衡位置L3。关上天平。
4.将两盘中的砝码P1、P2互相交换,所添加的平衡重物也随同砝码移过去。若平衡位置改变过大而无法读数,则将小砝码k加于较轻的一盘中。开启天平,测定天平的平衡位置L4,关上天平。
5.两盘中砝码保持不动,在左盘中添加小砝码r,测定天平最大负荷时的左盘分度值,天平的平衡位置为L5,关上天平。
6.从两盘中取下所有的砝码和平衡重物,关启天平,测定平衡位置L6,关上天平。
7.将小砝码r放在天平右盘中,测定天平空载时的右盘分度值。开启天平,测定平衡位置L7,关上天平。
8.从右盘中取下小砝码r,然后重复3的操作.不同的是,须将砝码P1放在左盘的前部距盘中心点约为盘半径三分之一的位置上,P2放在右盘后部同样位置上。开启天平,测定平衡位置L8,关上天平。
9.两盘中的砝码保持不动,在右盘中添加小砝码,测定全载时的右盘分度值。开启天平,记录天平的平衡位置L8,关上天平。
10.重复6的操作,测得天平平衡位置L10。
11.将P1放在左盘上后部距盘中心点约为盘半径三分之一的位置,P2放在右盘前部同样的位置上。开启天平,若不平衡,将加与3的相同平衡物于较轻的一盘中,测定平衡位置L11,关上天平。
12.重复10的操作,测得平衡点L12。
13.重复11的操作,不同的是,左盘P1砝码的位置保持不动,而将砝码P2移至右盘中心。测得平衡位置L13。
14.重复10的操作,测得平衡位置L14。
15.重复11的操作,不同的是,P1移至中心,P2移至盘后部距盘中心点约为盘半径三分之一的位置上。测得平衛位置L15,关上天平。
表3-2 天平检定记录表
观测 | 称盘上的载荷 | 称盘上的载荷 | 读数 | 读数 | 读数 | 读数 | 平衡位置 | |
顺序 | 左盘 | 右盘 | l1 | l2 | l3 | l4 | (Li) | 备注 |
1 | O | O | L1= | P1,P2= | ||||
2 | r | O | L2= | r= | ||||
3 | P1 | P2 | L3= | k= | ||||
4 | P2(+k) | P1(+k) | L4= | |||||
5 | P2(+k)+r | P1(+k) | L5= | |||||
6 | O | O | L6= | |||||
7 | O | r | L7= | |||||
8 | P1 | P2 | L8= | |||||
9 | P1 | P2+r | L9= | |||||
10 | O | O | L10= | |||||
11 | P1 | P2 | L11= | |||||
12 | O | O | L12= | |||||
13 | P1 | P2 | L13= | |||||
14 | O | O | L14= | |||||
15 | P1 | P2 | L15= |
至此,天平的检定操作完毕,按照下列公式计算出标牌分度值、横梁不等臂性和示值变动性。
天平空载时在左盘中测得的分度值:
S(O1)=r/∣L4-L1∣
天平空载时在右盘中测得的分度值:
S(O2)=r/∣L7-L6∣
天平全载时在左盘中测得的分度值:
S(P1)=r/∣L5-L4∣
天平全载时在右盘中测得的分度值
S(P2)=r/∣L9-L8∣
天平的不等臂性误差:
Y=±K/2Sp±((L3+L4)/2-(L1+L6)/2)
式中 Sp=(Sp1+Sp2)/2
测定不等臂性误差时,若小砝码k加于左盘,则公式的k/2Sp前为正号,即右臂较长;当k加于右盘时,则在k/2Sp前为负号,即左臂较长;如在交换砝码以后不需要添加小砝码k,如在公式中括号里的差数为正时,即表示右臂较长;如括号里差数为负时,则表示左臂较长。以上规定,是指标牌的零点位于右面或零点位于中间而左(+)右(-)指针向下的天平。如果零点在左或在中间而右(+)左(-),那么当括号中的差数为正时,就表示左臂较长,而括号前改用负号。
天平的示值变动性误差:
根据天平在空载和全载时各测得的平衡位置(1~3级天平为5次,4~6级天平为3次,7~10级为2次),按下列公式计算天平在空载和全载时的示值变动性△O和△P:
△O=LO(最大)-LO(最小)
△P=LP(最大)-LP(最小)
以上检定天平的操作步骤应该连续进行,不得中途停止,否则需重新定。