天平偏差的产生及其故障排除

  Aaron ·  2008-12-08 19:38  ·  32115 次点击
江苏省徐州市邳州质量技术监督局  王永华  冯峰
在等臂天平中,空秤时和秤盘上加有相等载荷时的平衡位置相同,如果平衡位置不同,那就是天平臂比不正确。由于臂比不正确而产生了不等臂性误差,也叫偏差。    
一、偏差的产生
天平不等臂性误差的表达式为:
y=Q×Δα/α
其中:y——不等臂性误差;Q——天平的载荷;Δα——天平两臂长度之差;α——天平臂长值。
对等臂天平来说,最大秤量值及天平臂长值为定值。由上式可知:天平不等臂误差(偏差)y与天平两臂长度之差Δα成比例。也就是说,天平偏差主要是由臂差引起的。
引起臂差的主要原因有以下三个方面:
第一,由于制造时选用的材料不稳定,材料的老化处理(时效处理)不充分,生产工人的装配技术水平影响以及装配应力的释放差异等使得天平两臂比例不能达到严格要求而产生臂差。
第二,天平室内温度或天平两臂受热不均匀,致使天平臂比改变而产生臂差。
有数据表明:两臂受热差仅0.2℃就会导致较大的不等臂误差。如果天平横梁是铝质材料则线胀系数更大,由此引起的误差会更严重。因此,在天平使用、检定过程中,应保持室温相对稳定,不使天平单边受热是很必要的。
第三,当升刀或降刀以调节天平吃离线时也会产生臂差。
精测天平吃离线,就必须将天平的偏差调到接近规程要求。当天平的空秤分度数和全秤分度数相差比较多时,需要升降边刀调整。当升刀或降刀后,天平也会产生臂差。    
二、故障的排除
对TG328A和TG328B型天平来说,按检定规程规定新制造和修理后的天平不等臂误差小于3个分度,即两臂相差0.105μm不会超出要求。对于这样小的数值,用曲尺是难以测量的。因此,在天平偏差的调整中,更难以操作,需要反复进行若干次才能将偏差调整在允差范围内,每调一次偏差就分别测试一次空秤和全秤平衡位置,把等重砝码取下放上,并需多次启动天平。显然采用这种方法调整天平不太方便。因此,探讨一种简便的调整偏差方法在实际操作中很有必要。
由表达式y=Q×Δα/α可知:同一型号天平臂差(Δα)、臂长(α)为定值,天平偏差与载荷成正比,即天平空秤分度值比全秤分度值改变要少得多。当分别测得天平空秤和全秤平衡位置后,对横梁较短臂进行调整(伸长短臂),即Δα减小,使全秤平衡位置向空秤平衡位置靠近时,再测空秤的平衡位置,只不过改变的分度数比全秤少得多。可以设想,如果调整得当,全秤平衡位置正好与空秤的平衡位置重合在一起,这时偏差为零,即Δα=0。将重合点位置计算出来,我们只要伸长短臂把空秤或全秤平衡位置调到这个点即可。
由于同一型号天平悬挂系统的质量相差很小,因此我们可以认为同一型号的天平悬挂系统的质量与天平最大秤量值为定值。我们在调修天平偏差实践中探索出来一个经验公式:
    Lop=Lo+K×(Lo-Lp)
    其中:Lop——空秤和全秤平衡位置的重合点;Lo——测试时空秤平衡位置;Lp——测试时全秤平衡位置;K——天平悬挂系统质量与天平最大秤量比值。
通过测试知道:TG328A型天平K=0.639;TG328B型天平K=0.558。这样只要知道同一型号天平K值,而进行天平偏差调修时,只测空秤平衡位置Lo和全秤平衡位置Lp。则根据公式计算出来应调到空秤和全秤平衡位置重合点Lop附近处,然后伸长短臂一侧偏差螺钉,不用反复加上拿下等重砝码就可以调到规定允差范围之内。
实践操作中,通常使空秤平衡位置调零,即Lo=0.0分度。利用经验公式:Lop=K×(-Lp)。只需测出全秤平衡位置Lp便可以计算出空秤和全秤平衡位置重合点Lop,然后伸长短臂一侧偏差螺钉就可以调到规程允差范围之内。
严格地说,这个经验公式中K值并不十分精确,只适用分度数符合规程要求的天平,而且刚调整过的偏差螺钉其应力没有消除而存在暂时的变动性。在实际测试调整时可能计算结果略有出入,仍可能超差,但这时偏差不会太大,稍微调整即可达到规程要求。

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