衡器简史

  nzm_1956 ·  2008-12-28 14:49  ·  33773 次点击
衡器(weighingmachine),称量物体重量的器具,如秤、天平等。
衡器广泛用于工业、农业、商业、科研、医疗卫生等部门。衡器是利用胡克定律或力的杠杆平衡原理测定物体质量的。衡器主要由承重系统(如秤盘)、传力转换系统(如杠杆传力系统)和示值系统(如刻度盘)3部分组成。衡器按结构原理可分为机械秤、电子秤、机电结合秤三大类。机械秤又分杠杆秤和弹簧秤。按衡量方法分非自动秤和自动秤。其主要品种有天平、杆秤、案秤、台秤、地中衡、地上衡、轨道衡、皮带秤、邮政秤、吊秤、配料秤和袋装秤等。衡器发展的重点是电子衡器。程控、群控、电传打印记录、屏幕显示等现代技术的配套使用,使衡器功能齐全,效率更高。
通过衡量物体的重量(所受重力的大小)来测定该物体质量的器具。某些衡器习惯上称为秤。衡器广泛应用于工业、农业、商业、科研、医疗卫生等部门。衡器是利用力的形变平衡原理(虎克原理)或力的杠杆平衡原理测定物体质量的。形变平衡根据被测物自身重量所引起的弹性体形变量来测定被测物质量,形变量随着重力加速度的变化而变化;杠杆平衡根据标定砝码重量与被测物重量在杠杆上的平衡来测定被测物质量。杠杆平衡与重力加速度的变化无关,但在重力加速度等于零时,衡量失效。
简史
衡器是在商品的交换过程中产生和发展的。人类最早使用的衡器是原始天平。约在公元前5000年,埃及就已使用等臂天平秤(图1)。它是在简易杠杆中点设一支点,在杠杆一端(图中右端)的盘(钩)上放置被测物,在另一端(图中左端)的盘上逐个放置形状、质量一样的物体,当这种装置平衡时,就意味着两边的质量相等,并可从左端物体的个数推定右端被测物的质量。
中国的度量衡制始于公元前2500年的“黄钟”律。据记载,“度本于黄钟之长,量本于黄钟之仑,权衡本于黄钟之重”。黄钟器已失传。夏代,中国始用权衡作为称重器具。权相当于砝码,衡指杠杆。杠杆正中有一小孔用作支点,在杆的两端各悬有挂钩,一边挂被称物,一边挂权。每一副权衡都有一组权。权的重量逐一递增,以称不同重量。汉代出现木质杆秤,此后一直沿用了2000多年。
18世纪,苏格兰化学家J.布莱克首次将刀子、刀承应用在天平上,从而制得精确的称重器具。1831年,美国人T.费尔班克斯发明台秤,综合了不等臂杆秤和天平的优点,使各种机械式衡器趋于完善。20世纪中叶出现了简单的电子衡器,使衡器跨入电子时代。微处理机与称重传感器的结合引起了称重领域的变革,此后,微处理机在称重尤其是在动态称重方面的应用愈来愈广,已基本取代原来结构复杂的计算系统。微电子技术的不断发展,大规模、超大规模集成电路的出现,使得称重与过程控制等功能可以合并到同一电子单元中。20世纪80年代,电子衡器已遍及从微量称重到大型专业称重的各个领域,衡器产品已发展到上千个规格品种,静态准确度一般都在0.1%以上,动态准确度一般在1%~0.2%。
中国约有250个衡器制造厂,能成批生产大型专用衡器19类、150多个品种、500多个规格。机械式衡器生产具有相当规模,电子衡器已形成年产几万台的能力。
分类
衡器按结构原理可分为机械秤、电子秤、机电结合秤三大类,机械秤又分为杠杆秤(包括等臂杠杆秤也即狭义的天平、不等臂杠杆秤)和弹簧秤。衡器还可按衡量方法分为非自动衡器和自动衡器。衡器的主要品种有天平、杆秤、案秤、台秤、地中衡、地上衡、轨道衡、皮带秤、邮政秤、吊秤、配料秤和装袋秤等。
结构
衡器主要由承重系统、传力转换系统和示值系统3部分组成。
承重系统
其结构取决于所称物体的形态。台秤、地中衡一般配用平板承重机构;专门衡量一种物体的秤,则配有能缩短衡量时间、减少操作繁重性的专用承重机构,如:衡量颗粒状物料的秤上设置簸箕式秤盘,衡量液体的秤则安装专用贮盛器。此外,承重机构的形式还有轨道衡的轨道、皮带秤的运输带,吊秤的吊钩等。承重系统的结构虽各不相同,但功能却是一致的。
传力转换系统
是决定衡器计量性能的关键部件。通常采用杠杆传力系统和形变传力系统。
杠杆传力系统主要由承重杠杆、传力杠杆、支架零件和联结零件如刀子、刀承、吊钩、吊环等组成。
形变传力系统中,弹簧是人们最早使用的形变传力机构。弹簧秤的称量可从1毫克到数十吨,所用的弹簧有石英丝弹簧、平卷弹簧、螺旋弹簧和盘形弹簧。弹簧秤受地理位置、温度等因素的影响较大,计量准确度较低。为获得较高的准确度,人们研制了各种称重传感器,如电阻应变式、电容式、压磁式和振弦式称重传感器等,以电阻应变式传感器使用最广。
示值系统
机械秤的示值系统主要采用具有刻度标志的计量杠杆或刻度盘。前者利用增砣、游砣、砝码来平衡计量杠杆以获得读数;后者通过指针沿扇形或圆形分度盘的转动来表示衡量结果。电子秤的示值系统为称重显示器,它有数字显示和模拟刻度显示两种。
发展趋势
衡器发展的重点是电子衡器。程控、群控、电传打印记录、屏幕显示等现代电子技术的配套使用,将使衡器功能齐全,效率更高。采用放射性原理和液压传动比原理的计量设备将得到有限的发展。在称重与生产过程的结合中,机电结合式衡器具有较好的经济效果,预计其应用范围将进一步扩大。在具备基本计量性能的同时,对衡器的商用价值和可靠性要求也将逐步提高。衡量价值较高的商品时,要求其计量准确度较高;衡量价值较低的商品时,则主要考虑计量效率。这将促使衡器向多样化、多层次方向发展。

3 条回复

LINGHUCHUCHU  2008-12-28 23:26
学习了,楼主辛苦了!
mjq5168  2008-12-28 21:16
不错.学习了
nzm_1956  2008-12-28 14:52
明清的衡制与衡器



我国地域广袤,历史悠久,由于封建割据或边远闭塞的缘故各地的衡制与衡器各不相同,虽然强秦一扫六国、整饬军政、统一了度量衡,但后来各代并没严格遵行,所以度量衡依然存在一定的差异。
唐宋年间为发展经济,稳定社会,体现官民商贾交易之公平,在《唐律疏议》和《宋刑统杂律》中都载有《校斛秤度不平》的律文:“诸校斛斗称度不平杖七十”,以示惩罚,并在衡器上盖有官方“印署”,“如其在市用斛斗秤度虽平,而不经官司印者笞四十,衡器不准者笞七十。”故当时衡器不论准与不准,没经官方认可签押均属违法。直到明清时代衡制衡器也还没有得到完全的统一,以至官方的法律改“印署”为校勘印烙者,干脆用火印直接烙在衡器上,以示此衡经官方校准,奉宪颁行。官府还颁布《公平交易之律令》,凡以非法手段获利计赃较重者可以盗窃罪论处,明律还规定,“凡私造斛斗秤度作弊以减者杖六十、工匠同罪”。
尽管朝廷一再颁布严格的法令来规范衡制,但总有宵小之徒为一己私利、甘冒杖笞,大斗进、小斗出,短斤缺两巧取豪夺,衡制依旧混乱,直到康熙中期才有所改观。目前能见到的宫制铜码可以作证,盒的四周錾有铭文,三面刻有“奉宪颁订”、奉江苏布政使司丁较准、枫镇买卖商牙一体道行拾两,不准轻重、违者禀究,康熙拾捌年三月拾玖日给”。正面刻有“江南苏州府正堂曹花押”。衡制、衡器及砝码的统一,使历经战乱的清朝渐渐恢复生机,才有以后的康乾盛世。那位时任苏州府正堂曹姓知府大人,经南京大学教授吴新雷考证,乃是《红楼梦》作者曹雪芹的祖父曹寅,曹寅曾任三年“苏州织造”,后又升位“江宁织造”,他在任期致力于规范度量衡,其奉命制定的天平砝码,被人称为“曹码”。
上图为明代铁力木座箱天平及清代牙杆戥子,铁力木产于南洋、质硬性坚,遇水即沉,明时皆为作空船压载而运回中国,山西平遥古城内日?昌等钱庄票号所用天平多为铁力木作座箱,虽历经数百年沧桑而丝毫无损,确是名副其实的保险箱。
戥子乃是称金银及贵重物品的微型杆秤,秤杆多为骨制,精品亦用牙刻、存放于定制的形似琵琶的木盒内,戥子的精度有钱、分、厘、毫、丝、忽、微等等,有的甚至超过小数点后七位,简直可以同现代的电子秤比美。

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