天平的分類及原理

　　主要分類

　　有狹義和廣義之分。狹義的天平專指雙盤等臂機械天平，是利用等臂杠桿平衡原理，將被測物與相應砝碼比較衡量，從而確定被測物質量的一種衡器。廣義的天平則包括雙盤等臂機械天平、單盤不等臂機械天平和電子天平3類。

　　雙盤等臂機械天平 一般按結構分為普通標牌天平、微分標牌天平和架盤天平3種。也可按用途分為檢定天平、分析天平、精密天平和普通天平4種。

　　檢定天平是計量部門、商檢部門或其他有關部門或工廠專門用來檢查或校準砝碼的天平。

　　分析天平是用于化學分析和物質精確衡量的高準確度天平。在大多數情況下，這類天平的最小分度值都小于最大稱量的 10-5。分析天平可按衡量范圍和最小分度值分為常量天平(稱量和最小分度值分別為100～200g和0.01～1mg)、半微量天平(30～100g和1～10g)、微量天平(3～30g和0.1~1g)和超微量天平(3～5g和0.1g以下)。

　　精密天平廣泛應用于各種物質的精密衡量，其最小分度值通常為最大稱量的10-5～10-4。

　　普通天平用作物質的一般衡量。最小分度值等于或大于最大稱量的10-4。

　　基本原理

　　天平的發明很早。在埃及尼羅河三角洲盛產一種水生植物，很像我國多水地區生長的蘆葦，將其莖逐層剝離撕成薄片，可以寫字，這種東西叫做紙草。許多歐洲國家的文字中的紙就是從紙草的拉丁文演變而來的。用紙草寫成的書是紙草書，它成為古代埃及重要的歷史文獻。我們如今知道的古埃及的情況，特別是科學技術的歷史發展情況，很多都是來源于紙草書上的記載。當然，紙草書上的文字不是現代文字，而是一種象形文字，經過很多專家的研究才讀懂了那種文字。據紙草書的記載，早在公元前1500多年，埃及人就已經使用天平了，還有人說，這一時間還要早，大約在公元前5000年以前。古埃及的天平雖然做的很粗糙，但是已經有了現代天平的輪廓，成為現代天平的雛型。

　　這種天平是用一根豎棍中間鉆個孔，橫穿一根棍兒，在棍的兩端各用繩子掛上一個盤子。這種天平使用了很長時間，直到大約公元前500年，羅馬的“桿稱”才出現，桿稱靠移動稱砣的位置來保持與被稱物品重量的平衡，實際上是將天平的一端（放砝碼端）由固定式變成活動式，其好處是只要配上一個稱砣就可以了，而天平的砝碼要好幾個。桿稱也是用繩子吊一個盤子，再用繩子吊一個稱砣，除一端可活動外，基本形式與天平相同。

　　人們在使用天平和桿稱過程中，感到用繩子吊一個盤子是一件很麻煩的事，使用起來很不方便。于是，有人

　　想去掉這討厭的繩子，17世紀中葉，法國數學家洛貝爾巴爾發明了擺動托盤天平，托盤天平的發明被認為是對古老的吊式天平的重大改進，至今，托盤天平仍在被廣泛使用。下比17世紀的托盤天平有了很大改進。天平橫梁，兩端各支撐一個稱盤2。這兩部分構成了托盤天平的骨架，體現了托盤天平的基本設計原理，當橫梁1平衡時，力矩相等，F1L1=F2L2，F1=m1g， F2=m2g，L1=L2，∴m1gL1=m2gL2，m1=m2，這就是說，由已知砝碼的質量可知被稱量物的質量。6為指針，7是刻度盤，指針正對準刻度盤中心表示兩端達到平衡，4為游碼標尺，8是游碼，5是調零螺母。與天平配套的還有砝碼。

　　應當指出，托盤天平的發明并沒有使吊式天平退出歷史舞臺，相反，吊式天平不僅為人們繼續使用，特別是科學家們仍繼續使用著，而且在使用中不斷改進，現代廣泛應用的精密天平大都是吊式的，而托盤天平在日常生產和生活中用的較多，在科學實驗中大多在精確性要求不太高的稱量中使用。