機械天平故障處理研究

機械天平的使用主要集中在一些對數據精度要求較高的領域，例如科研機構、高等院校。以上海天平儀器廠生產的TG328A光學分析天平為例，這款天平采用全機械加碼，配以專業的光學投影結構，能夠將稱重的計量精確到0.1 - 10mg，因此在許多醫療研究機構和實驗室中也仍然有非常廣泛的應用。

1 機械天平常見故障問題與維修

1.1 橫梁不等臂故障維修

在機械天平使用檢修的有關規定中，衡器橫梁不等臂偏差故障屬于較為常見的一大問題，這也屬于機械零件典型故障問題之一。通常來講具有避震功能的微分標尺衡器在進行第一次檢定時，不等臂的偏差不應當超過3刻度線，第一次檢定后不等臂的偏差不應當超過9刻度線，這樣的不等臂屬于能夠正常使用的，刻度超出規定范圍的將會影響機械天平使用的穩定性與計量準確性。導致不等臂出現測量偏差的主要原因通常是與機械天平的負載有關，重力影響下，負載越大，那么不等臂也就產生越大的偏差。除此之外環境溫度的變化、不等臂安裝螺絲的松緊等都會導致不等臂產生偏差。

因此在對不等臂偏差故障進行維修前首先需要保證衡器室處于恒溫環境，防止機械天平使用過程中頻繁受到溫度變化的不良影響，防止熱脹冷縮導致的不等臂偏差。對于已經發生偏差的不等臂應當通過調整兩端刀盒與中刀的距離來縮小不等臂間的偏差。對于已經嚴重熱脹冷縮的應當更換新的不等臂，對于螺絲過松的應當更換新螺絲并調緊。

1.2帶針跳針故障維修

在衡器開啟的狀態下，通常指針向著一個方向傾斜并略微擺動的情況可以稱作帶針，指針指向其他點不斷跳動則稱為跳針，帶針與跳針都屬于機械天平常見零部件故障。

導致帶針故障的成因很多，例如兩側刀縫偏移，中、邊刀縫失衡等，在雙盤結構天平中，兩邊托盤高度不一也容易導致帶針問題。而跳針問題則主要是由于中、邊刀縫的前后寬度不一致，對跳針故障進行檢驗可以先拆下吊耳與秤盤，緩慢開啟關閉衡器兩次，檢查中刀刃是否出現一前一后離開或接觸刀承的問題，若出現這種現象則為跳針故障成因。

對帶針問題的調修主要通過提升橫梁支點的方式實現，使中刀縫超過邊刀即可。維修前可以先拆下托盤，觀察是否仍然有帶針現象，若取下托盤就不再帶針那么應當調整托盤螺桿使托盤和秤盤接觸，優化受力結構。在檢查過程中也要注意吊耳與橫梁等構件的質量，若存在受潮則可以通過使用酒精擦拭的方式進行清潔。除此之外也應當檢查橫梁兩端與底板的高度是否保持一致，高度差異也是導致帶針的主要原因，可以通過調節大小托翼間緊固螺釘的方式調節。對于跳針問題則可以通過調節高低定位螺釘的方式保證中刀縫前后位置一致，并再次緩慢開啟閉合衡器檢查刀刃與邊刀承的接觸狀況，調整邊刀的支力點高度，使兩端邊刀縫的寬度一致即可解決跳針問題。

1.3天平靈敏性故障維修

靈敏性指的是機械天平在對不同物品進行承重時反應的速度和準確率，天平分度的靈敏性與單位質量有很大關系，兩者的關系成反比，即分度指針的移動距離越大，天平的靈敏性越低，反之則越大。在空載和全載狀態下呈現出的靈敏度存在較大差異，因此需要經常測量天平的靈敏性并對故障問題進行維修。機械天平在稱量過程中線位移和角位移都在不斷發生變化，一旦這種變化超出機械天平額定精確范圍就容易導致天平的靈敏性發生故障，因此對天平靈敏性的故障維修主要從調節線位移和角位移的位置人手。若天平長時間處于陰暗潮濕的環境中，其內在部件就會出現不穩定狀態，進而影響其靈敏性能。這時，對天平進行干燥處理，就可徹底解決。

在維修時首先應當調節機械天平的重心，通過緩慢調高或下降重心的方式來糾正當前機械天平的線位移與角位移，使機械天平的稱重計量恢復靈敏。而刀子和刀承在安裝時的不規范操作與零件安裝不緊實等問題也是導致天平靈敏度下降的主要原因之一，對此應當重新檢查天平組裝的各個零部件與構件，確認每一次螺釘是否安裝到位，同時也要重視維修中拆卸的零件是否準確規范地重新安裝。天平若長期頻繁使用或在溫濕度變化明顯的環境中使用也容易加劇使用產生的零件磨損，這對機械天平的靈敏度也將造成不良影響，而應對這種問題必須及時更換新零件，并盡可能控制設備室的溫度，控制機械天平使用時的環境濕度。

1.4指示不變性故障維修

機械天平的指示不變性是指在正常使用狀態下始終處于平衡狀態，這樣能夠使用同一天平對同一物品或不同物品進行多次測量，保證每次測量的結果都準確一致，這些數據越保持一致，那么天平的計量也就越準確，天平的誤差越小。但天平的指示不變性往往是故障最頻發的，這是由于天平的指示不變性受到多重因素的綜合影響，因此天平的指示不變性本身就處于變化之中，對此只能盡可能縮小天平的不變性。

發生指示不變性故障問題首先應當檢查刀子與刀承，機械天平中許多故障問題都可以通過更換新的刀子與刀承并準確調節位置解決。這也是成本最低效率最高的一種維修方法，同時維修效果通常也非常理想。處理之外還要檢查三刀刃是否平行、刀承安裝位置是否精準無偏差、橫梁上的各個連接點受力是否均勻等。對于指示不變性故障而言，徹底拆卸機械天平并嚴格按照相關技術規定重新組裝即可解決大部分問題并排除故障威脅。天平操作人員使用天平的稱量方法不當也是導致不變性故障的主要原因之一，不專業的操作人員通常忽視了環境溫濕度對稱量的準確度的影響，因此加強天平操作人員的專業稱量技術培訓也是減少機械天平故障發生的一項重要決策。

2 提高機械天平計量準確性的方法

2.1 先校正天平再進行稱量

天平在使用過程中受到稱量環境、稱量物質、天平零件故障等多重因素影響，會導致機械天平產生各種誤差問題，機械天平的誤差問題通常屬于系統性誤差，因此在使用天平前對天平進行校正再稱量物品能夠進一步減小誤差，提高稱量準確性。在同一臺機械天平上應當固定使用同一組砝碼，參照物的不變有助于天平在稱量中保持指示不變，從而最大程度上克服天平自身產生的系統性誤差問題。在稱量前可以先選取一個重量已經確定的物品作為試驗品，通過稱量試驗品來確定機械天平此時的誤差情況，確定機械天平是否誤差嚴重，并觀察是否有帶針、跳針的問題，一旦稱量結果與試驗品重量不符合就應當先進行故障維修與排查再使用。而對于固定使用的天平和砝碼，通常只需要對砝碼進行校準，避免砝碼因磨損而丟失重量，影響稱重數據準確性。

2.2采用特殊稱量方法

由于機械天平稱量過程中天平的兩臂并不是完全相等的，因此可以通過采取一些特殊稱量方法代替直接對物品進行稱量的方式使稱量所得數據更加準確。

例如，定點法就是比較常見的特殊稱量方法，先對天平的負載進行定點，選定一個相對最為接近天平的最大負載值進行校準，使天平的稱量結果無限接近定點，從而校正天平自身的系統性稱量誤差問題。這種稱量方法操作簡單，也適用于不同型號不同規格的天平，因此在實際使用中也最為常見。除此之外還可以使用直接代替法，用固定質量的物體來與砝碼進行稱量，確定天平稱量準確后逐漸用待測量物替代砝碼，從而得出待測量物品的重量。這種方法僅在同一側天平上進行稱重，因此能夠抵消天平自身不等臂問題產生的誤差，同時也是一種較為科學的稱量方法。