什么是化学天平

一种化学上用的精密质量计量仪器。传统的化学天平由天平和砝码组成：天平是根据杠杆原理制作的计量器具；砝码是质量的标准。质量和重量在物理学上是两个不同的概念，但由于历史和习惯上的原因，质量和重量都使用同样的单位，使两者的使用产生混淆。化学上习惯使用“重量”这一名词，但准确地说，天平衡量的结果是物体的质量值。

简史

质量计量具有悠久的历史，中国出土的古代文物中，就有战国时代（公元前475～前221）楚国制作的天平和砝码，工艺精致，表明当时质量计量技术已达到相当水平。由于天平的计量原理可靠，结构简单，误差因素小，在19世纪中叶以后，质量计量基本上达到今天所具有的精度水平。在国际单位制的七个基本单位的计量中，质量计量的精度一直保持领先地位。近代化学科学的发展与质量计量技术的进步密切相关，准确的质量计量使化学成为精密的定量的科学。

型号和精度级别

化学家早期使用的天平是结构简单的指针标牌天平（通常称作摇摆天平）。在指针摆动过程中读数，再通过计算求出天平的平衡点。后来，给天平加上了空气阻尼器，使横梁摆动能很快停止，此类天平称阻尼天平，天平的平衡点采用静止读数，直接求得。为了提高读数的精确度，又在指针尖上装置微分标牌，并装设光电放大读数装置，从而提高了天平的准确度和灵敏度。在操作砝码上，也把用手摄取砝码改进为机械加减砝码，提高了称量速度。目前，普遍使用的是半机械或全机械加砝码的电光天平。

天平按精度不同分为十级，天平的精度是该天平最小分度值与最大载荷之比值。最小分度值越小、载荷越大的天平，其精度越高。化学天平的精度一般为三至五级。表中列出中国常用天平的型号与精度级别。

分类

等臂双盘天平

横梁上有三个玛瑙刀，中间的一个是支点刀，两边各有一个承重刀，各承受一个称盘。支点刀与两边承重刀之间的距离（称为臂长）相等。称量时，物体置于一个称盘中，砝码置于另一个称盘中，调整砝码直至天平处于平衡状态，称盘上所加砝码和标牌读数之和就是被称量物体的质量。

单盘天平

横梁上只有两个玛瑙刀，一个是支点刀，一个是承重刀，承受一个称盘。横梁的另一端以重锤配平(见彩图)。

这类天平的机械加砝码和称盘装在横梁同一臂上，横梁始终保持全载荷状态。称量时，被称物体置于称盘上，然后通过减去砝码系统的砝码使天平恢复平衡状态。物体的质量等于减去的砝码和标牌读数之和，这种将砝码和物体放在天平横梁同一臂上进行称量的方法称为替代衡量法，是一种精密的称量方法。这类天平具有灵敏度不变、不存在等臂性误差等特点。

计量性能

稳定性

指天平横梁在受到扰动后能自动回复到初始平衡位置的能力。保证天平处于稳定平衡状态的必要条件是整个横梁和承重系统的重心必须在支点刀刃的下方。

灵敏性

指天平能觉察出称盘中重量变化的能力，天平能觉察到的重量差值越小，天平的灵敏度就越高。在习惯上，灵敏度又称感量，用天平标牌的最小分度值来表示，其单位是毫克／分度。通常所谓万分之一的天平，表示其标牌最小分度值为0.1毫克；当秤盘中重量变化0.1毫克时，标牌相应地发生1个最小分度的位移。

一台结构定型的天平，灵敏度主要由横梁系统的重心与支点刀刃之间的距离决定。对于等臂双盘天平来说，三个刀刃的相对位置将影响天平空载和重载时灵敏度的差别，因为三个刀刃位置和横梁本身在负载时的变形，会引起整个横梁系统重心的变化，而这种变化不能通过调整重心砣得到解决。对于非固定分度值的天平，可以通过实测校正灵敏度；对于固定分度值的天平，在调校天平时，就应严格做到天平空载和重载时灵敏度的一致。

准确性

对等臂双盘天平而言，是指天平两臂长度应精密相等，实际上不可能完全相等，由此就产生不等臂性误差。通常也称偏差。偏差与天平的载荷成正比， 因此规定不等臂性误差以最大载荷时产生的误差量值表示。各种天平的不等臂性误差允许 9个最小分度值。横梁的不均匀受热是引起不等臂性误差的重要原因，一般用铜合金制的横梁，两臂温差0.2℃，载荷为100克时，即可产生0.5毫克的误差，因此，不允许在天平上称量未与天平室温度达到平衡的过冷或过热的物体。

示值变动性

指天平在载荷不变的情况下，多次开关天平时平衡点变动的情况，它表明天平称量结果的可靠性。称量时，不能要求每次读数完全一致，但是天平的这种示值变动性应尽可能降到最低程度。显然，当示值变动大于最小分度值时，天平的灵敏度就失去它的意义，因此，天平的示值变动性最大允许误差为1个最小分度值。引起示值变动的原因很多，天平元件的质量和所处的调整状态是内在因素，但环境温度、气流、震动和不正确的操作也会引起示值的变动。

天平检定

一台使用中的天平的上述各项计量性能都必须达到该天平规定的质量指标。对天平的计量性能进行全面测定的过程称天平检定。

新式天平

以上所述都是对传统的杠杆式的化学天平而言，随着科学技术的发展，已出现各种形式的称量仪器，如电子天平(见彩图)、

电子秤、自动天平等，总的特点是，称量时被称物体不是直接与砝码相比较而求得物体的质量，而是被称物体的质量通过传感器变为电信号，经放大器放大后，反馈到自动补偿装置中产生平衡力矩，再通过显示装置直接给出示值。这类仪器具有称量迅速、简便的特点，还可与微处理机联用，但是精度仍不如传统天平，而且仍须用标准砝码加以调校。

湖南省计量标准管理局《天平与砝码》编写组编：《天平与砝码》，技术标准出版社，北京，1979。