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主题：【分享】简述天平的发展史

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发表于：2012/05/30 17:09:00 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

在化学实验中较早使用天平的有英国化学家布莱克，他生活和工作于18世纪，那个时候，正是化学中不断发现气体、并开始建立理论的时期。布莱克在化学研究中非常重视实验，而且是第一个应用定量的方法研究气体的人。1755年，他写了一篇论文，内容是对石灰石等碱性物质的实验研究。论文中提到，他发现将石灰石煅烧会产生气体。于是，他在煅烧前称量了石灰石的重量，煅烧后再次称量重量，结果发现，石灰石经过煅烧重量减少了44%，他认为这个重量正是从中释放出的气体的重量。在此基础上，他又进行了多方面的研究，比如，他将石灰石与酸作用，发现也有气体产生，用石灰水吸收这种气体，并进行了定量研究，他发现这种气体的重量与煅烧石灰石产生的气体的重量相等，由此他认识到，石灰石中固定着一种气体，他称之为“固定空气”(即现在我们熟知的二氧化碳)。从布莱克的实验研究中可以了解到，他进行了定量研究，定量研究需要称量，而称量离不开天平。历史资料表明，布莱克确实使用了天平，他用过的天平至今仍保存在爱丁堡皇家博物馆中，下图即是布莱克用过的天平。

　　用绳子挂着称盘，横梁又挂在另一个称钩上。布莱克正是用这个天平进行化学实验研究，而且做出了发现的，这个天平的使用，不仅在化学实验中建立了定量方法，而且对天平的进一步发展、改良，也是重要的。

　　布莱克之后，英国化学家亨利·卡文迪许也进行过精密的定量实验，据说还曾设计制造过天平，由于卡文迪许本人的生平资料不详，现在很难确切知道他是何时和如何设计、制造天平的。后来，卡文迪许用过的天平曾在皇家科学院展览。这架天平放在柜内，天平的式样从外面看不太清楚，我们知道，法国著名化学家拉瓦锡，是一位非常重视定量研究的人，他经常使用天平，而且注意称量的精确性。正是在精确的定量研究中，拉瓦锡确定了氧气的存在，并且建立了科学的氧化燃烧理论。应用定量方法研究化学变化，必须假定化学变化前后物质质量守恒，由此拉瓦锡确立了质量守恒定律。拉瓦锡的研究工作得到天平的帮助，可是拉瓦锡本人却很少设计和制造仪器，也没有设计和制造过天平，不过，18世纪的法国，天平比较普及，有许多小店铺就出售天平，拉瓦锡可能得益于这种良好的条件。我们在下图看到的是18世纪的法国天平的式样，或许是当时天平中的一种式样。

　　 18世纪末英国也已经制造出了一种天平，横梁中央嵌上一个钢质的刀口。把它放在玛瑙盘中，大大提高了精密度和灵敏度。当时出现了一些天平设计家和制造家，不过，据说天平的价格比较贵，而且要先预定，不像法国，天平虽不那么精密，但比较容易买到。下图展示的是一个费德勒的人为皇家学会制造的一架天平，曾在伦敦科学博物馆展出。
　　在英国，使用天平的不限于化学家和科学家，普通医药商店也常用天平，化学原子论的提出者道尔顿，在科学研究中经常使用天平，由于道尔顿在化学史上的重要地位和他在英国科学界的影响，使他成了著名人物，成了著名化学家，他使用过的天平据说也成了不凡之物，后来为英国曼彻斯特文学和哲学会所有，并为该会收藏。道尔顿曾经是这个学会的会员。

　　 19世纪20年代，伦敦有一位仪器设计家叫罗宾逊，他开始设计和制造分析天平，不仅英国，就连美国在一个时期里都使用这种天平。罗宾逊用空心材料做横梁，把梁做成三角形，竖梁中部有指针。

　　有刻度横梁和游码的天平，大约也是在19世纪诞生的(前面介绍托盘天平时，在图中横梁上标有刻度和游码)，究竟谁是这种天平的发明人有不同说法，也存在争议。可是1851年在伦敦召开了一次国际博览会，英国和欧洲大陆国家的一些主要天平制造商都参加了，经博览会审查团审议，最后把最高奖奖给了奥耶领，以表彰他在有刻度横梁和滑动装置(即游码)天平的制造上所做的贡献，由此看来，奥耶领的发明权得到了国际上的确认。
　　在很长时期里，天平制造业中流行一种理论，认为天平的横梁越长天平越灵敏。但是有一个叫波尔·邦格的人却不受这种理论的限制，1866年，他设计、制造了一架短横梁分析天平。后来，在平天设计理论方面，他也有建树。下图所示的就是1866年邦格制造的最早的一台短梁天平。罗马时代晚期的专用钱币天平天平的改进，除了横梁、接触点、游码、刻度等方面以外，还表现在其它方面，例如，19世纪前半期，已经出现了旋钮天平。旋钮天平有什么优点呢？原来，早期的天平，横梁架在竖直的柱上，用时和不用时都是一样的。后来分析天平出现了，分析天平的刀口用玛瑙制成，为了减少刀口的损伤，不用平天时，将天平横梁架在一个架子上，让刀口不再受力，用时再将刀口架在支撑碗上。这些都是通过旋纽装置控制的。现代分析天平都有旋纽装置。下图是1833年制造的一台旋纽天平。
　　随着科学的发展、技术的进步，天平的设计和制造不断取得长足的进展。正是经过一代一代人的不懈努力，经过技术的积累和提高，才有了今天的各式各样的现代天平。如今，在化学实验室中，常用的天平有：托盘天平，正如前面讲过的，用于精确度要求不高或测定物料的大致质量，可称量100克、200克、500克乃至1000克；分析天平(常量分析天平、微量分析天平和半微量分析天平)；电光天平，设有空气阻尼装置或电磁阻尼装置，使天平既具有高灵敏度又能迅速阻止横梁的摇动，电光天平从外观上看不见砝码，能看到放置要测物的称盘，砝码的加减用旋转刻度盘操作，称量的数值可通过投影刻度标尺直接读出。

该帖子作者被版主 chenboyou加 8积分， 2经验，加分理由：对天平介绍不错，非常有益！

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2012/5/30 17:11:44 沙发管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

电子天平原理

电子天平一般都是利用电磁力或电磁力矩平衡原理进行称量。虽然电子天平是实验室常见的仪器，但是对于它的构造原理，很多人却不一定了解。电子天平主要由秤盘、传感器、位置检测器、PID调节器、功率放大器、低通滤波器、微计算机、显示器以及机壳和底脚等构成。虽然秤盘、机壳以及底脚并不是电子天平的核心部件，但是也不能缺少。电子天平想要称量物体，必须有承受装置，也就是秤盘。一般以方形和圆形秤盘比较多见。而整个电子天平的支撑部件就是底脚了，同时还能调节电子天平的水平。机壳则是电子元件的基座，可以保护电子天平免受灰尘等物质的侵害，确保天平的灵敏度和精确性。电子天平的传感器装在秤盘的下方，由外壳、磁钢、极靴和线圈等组成，由PID调节器确保传感器快速而稳定地工作。位置检测器可以将秤盘上的载荷转变成电信号输出，而功率传感器则将微弱的信号进行放大,以保证天平的精度和工作要求。电子天平在传感器在工作时容易受到一些电器元件产生的高频信号的干扰，如果要保证传感器的输出，将输入信号转换成数字信号，就要用低通滤波器来排除这些干扰了。而电子天平的最核心部件就是微计算机了，可以处理电子天平的数据，并且能够进行记忆、计算等功能。最后这些通过处理的数据以及输出的数字信号就可以显示出来了，人们通过显示器就能够一目了然了。这些部件共同构成了电子天平，它们各有分工，共同确保电子天平可以正常的进行工作.

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2012/5/30 17:12:52 板凳管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

电子天平结构原理

电子天平构造原理基本构造是相同的。主要由以下几个部分组成 :
(1) 秤盘
秤盘多为金属材料制成 , 安装在天平的传感器上 , 是天平进行称量的承受装置。它具有一定的几何形状和厚度 , 以圆形和方形的居多。使用中应注意卫生清洁 , 更不要随意掉换秤盘。
(2) 传感器
传感器是的关键部件之一 , 由外壳、磁钢、极靴和线圈等组成 , 装在秤盘的下方。它的精度很高也很灵敏。应保持天平称量室的清洁 , 切忌称样时撒落物品而影响传感器的正常工作。
(3) 位置检测器位置检测器是由高灵敏度的远红外发光管和对称式光敏电池组成的。它的作用是将秤盘上的载荷转变成电信号输出。
(4)PID 调节器
PID( 比例、积分、微分 ) 调节器的作用 , 就是保证传感器快速而稳定地工作。
(5) 功率放大器
其作用是将微弱的信号进行放大 , 以保证天平的精度和工作要求。
(6) 低通滤波器
它的作用是排除外界和某些电器元件产生的高频信号的干扰 , 以保证传感器的输出为一恒定的直流电压 (7) 模数 (A/D) 转换器
它的优点在于转换精度高 , 易于自动调零能有效地排除干扰 , 将输入信号转换成数字信号。
(8) 微计算机
此部件可说是电子天平的关键部件了 o 它是电子天平的数据处理部件 , 它具有记忆、计算和查表等功能
(9) 显示器
现在的显示器基本上有两种 : 一种是数码管的显示器 ; 另一种是液晶显示器。它们的作用是将输出的数字信号显示在显示屏幕上。
(10) 机壳
其作用是保护电子天平免受到灰尘等物质的侵害 , 同时也是电子元件的基座等。
(11) 底脚
电子天平的支撑部件 , 同时也是电子天平水平的调节部件 , 一般均靠后面两个调整脚来调节天平的水平