Уред за измерване на баланс

Баланс, инструмент за сравняване на теглата на две тела, обикновено за научни цели, за да се определи разликата в масата (или теглото).

Изобретяването на равновесното равновесие датира поне от времето на древните египтяни, вероятно още от 5000 г. пр.н.е. При най-ранните типове гредата се поддържаше в центъра и тиганите бяха окачени от краищата с шнурове. По-късно подобрение в дизайна беше използването на щифт през центъра на гредата за централния лагер, въведен от римляните за времето на Христос. Изобретението на ръбовете на ножовете през 18 век доведе до развитието на съвременния механичен баланс. В края на 19 век балансът се е превърнал в Европа в един от най-прецизните видове измервателни уреди в света. През 20-ти век са разработени електронни везни в зависимост от електрическата компенсация, а не от механичното отклонение.

Механичният баланс се състои по същество от твърда греда, която се колебае върху хоризонтален централен ръб на ножа като опорна точка и има двата крайни ръба на ножа успоредни и на еднакво разстояние от центъра. Товарите, които трябва да се претеглят, се поддържат на тигани, окачени от лагери. За най-добър дизайн, два или повече допълнителни ръба на ножа са разположени между крайния лагер и тигана, един за предотвратяване на накланяне на равнината, а друг за фиксиране на центъра на натоварване в определена точка на крайния ръб на ножа. Механизмът за задържане предотвратява повреда по време на натоварване, като отделя краищата на ножа от техните лагери. Отклонението на везната може да бъде показано чрез показалец, прикрепен към лъча и преминаващ над градуирана скала, или чрез отражение от огледало на лъча към далечна скала.

Най-очевидният метод за използване на везна е известен като директно претегляне. Материалът, който ще се претегля, се поставя върху единия тиган, с достатъчно известни тегла върху другия тиган, така че лъчът да бъде в равновесие. Разликата между нулевото отчитане и отчитането с заредените тигани показва разликата между натоварванията в разделенията на скалата. Такова директно претегляне изисква раменете да са с еднаква дължина. Когато грешката в резултат на неравномерните рамена е по-голяма от необходимата точност, може да се използва методът на заместване на теглото. При този метод теглите на контрафас се добавят към един тиган, за да се балансира неизвестното натоварване от другата. Тогава известните тегла се заместват с неизвестния товар. Този метод изисква само двете рамена на гредата да поддържат еднакви дължини по време на претеглянето. Всеки ефект на неравенството е еднакъв и за двата товара и поради това се елиминира.

Малки кварцови микробаланси с капацитет по-малък от грам са конструирани с надеждност, много по-голяма, отколкото обикновено се откриват с малки тестови везни с метална греда с три ръба на ножа. Микробалансите се използват главно за определяне на плътността на газовете, особено на газовете, които могат да се получат само в малки количества. Везната обикновено работи в газонепроницаема камера и промяна на теглото се измерва чрез промяната на нетната плаваща сила върху везната поради газа, в който балансът е окачен, като налягането на газа се регулира и измерва с живачен манометър, свързан със случая на баланса.

Свръхмикробалансът е всяко устройство за претегляне, което служи за определяне на теглото на по-малки проби, отколкото може да бъде претеглено с микробаланса - т.е. общите количества, малки като един или няколко микрограма. Принципите, върху които успешно са изградени ултрамикробалансите, включват еластичност в структурните елементи, изместване в течности, балансиране с помощта на електрически и магнитни полета и комбинации от тях. Измерването на въздействията от претеглените минутни маси е направено чрез оптични, електрически и ядрени лъчеви методи за определяне на преместванията и чрез оптични и електрически измервания на сили, използвани за възстановяване на изместване, причинено от претегляната проба.

Успехът на традиционните везни в съвременното време се разчита на еластичните свойства на някои подходящи материали, особено кварцови влакна, които имат голяма здравина и еластичност и са относително независими от влиянието на температурата, хистерезиса и нееластичното огъване. Най-успешните и практични ултрамикробаланси се основават на принципа за балансиране на натоварването чрез прилагане на въртящ момент върху кварцово влакно. Един прост дизайн използва твърдо влакно като хоризонтална греда, подкрепена в центъра му от опънат хоризонтален кварцов торсионно влакно, запечатан към него под прав ъгъл. На всеки край на гредата се окачва тиган, като единият противовесва на другия. Отклонението на лъча, причинено от добавянето на пробата към един тиган, се възстановява чрез завъртане на края на торсионното влакно, докато лъчът отново е в хоризонтално положение и пълният диапазон на усукване в окачващото влакно може да бъде приложен за измерване на добавете товар в един тиган. Количеството усукване, необходимо за възстановяване, се отчита с циферблат, прикрепен към края на торсионното влакно. Теглото се получава чрез калибриране на везната спрямо известните тегла и отчитане на стойността от калибровъчната диаграма на теглото спрямо торсията. За разлика от везните с директно изместване, които разчитат само на еластичността на конструктивните елементи, торсионният баланс позволява гравитацията да балансира най-големия компонент от товара, т.е. тиганите, и води до значително увеличаване на товароносимостта.

Везните от края на 20 век обикновено са електронни и далеч по-точни от механичните везни. Скенер измерва преместването на тигана, който държи обекта, който трябва да бъде претеглен, и чрез усилвател и евентуално компютър, предизвиква генериране на ток, който връща тигана в нулевото му положение. Измерванията се четяха на цифров екран или разпечатка. Електронните системи за претегляне измерват не само общата маса, но също така могат да определят такива характеристики като средно тегло и съдържание на влага.