解析天平骑码标尺的结构特点

1、解析天平骑码标尺的结构特点【摘要】为了提高微小物体的质量测量效率，在使用精密天平时候可以用骑码标尺，骑码标尺有两种结构，一般可分为零点位于左端和中间的两种型式。骑码的标尺无论对于零点分度线位于中间还是位于左端的，其中间分度线必须严格位于处在通过支点刀刃的垂面内，并且标尺中间分度线与两端分度线之间的距离必须相等。【关键词】骑码标尺；天平；误差；砝码；负荷；不确定度计量是关于测量的科学，它涉及测量理论、测量技术和测量实践等多个领域。计量是科学技术的一个重要组成部分，是与人类社会进步和科学技术的发展同步发展的，现在计量是国民经济建设和国防建设中一项重要的技术基础，而现代计量学中有分为几何量计量、光学

2、计量、力学计量、无线电计量、声学计量、热学计量等等，而力学计量是其中的一个很重要的组成部分，下面我们就力学计量中常用到的精密天平在称量微小重量时使用的骑码标尺结构做一个简要的分析。大家都知道计量和我们的生活息息相关，在日常生活中的购物买菜都离不开称量这种测量行为。秤，天平都是用来计量物体质量或重量的一种计量器具。但如果要计量特别小的物体重量的时候，就要用高精度天平。一般在小称量的高精度天平上称量重物时，常使用0.1mg以下的砝码。这种砝码的特点是体积小，在取放上都十分不便，要用专用镊子夹住拿取，并防止热量的传导还要戴手套，因此使用十分不便，而且极易遗失。那么在使用精密天平的时候，如果使用骑码标

3、尺，就方便的多了。骑码标尺一般可分为零点位于左端和中间的两种型式。小秤量的高精度天平上大多采用零点位于左端的型式。以往对天平上的骑码标尺的主要技术要求，一直是标尺的左、中、右三条主要分度线必须处在分别通过两承重刀刃和支点刀刃的垂面内，它们对于这些刀刃的分布的不确定度一般规定不得超过天平读数标牌的1分度。这在精度不是很高的天平上是可以做到的，而对于分度值在0.001mg以下的天平来说，就难于实现了。为了实现高精度的测量，而达到1分度的要求，在分度值为0.001mg的天平上，骑码标尺各主要分度线允许偏离所配属的刀刃的水平距离可以通过下面的计算得以实现。设骑码称量误差（以S表示）等于1个分度值，骑码

4、标尺左端分度线偏于左承重刀刃的左边，与刀刃的水平距离为。并设天平衡量的两臂长度相等，都等于a。这时把重量为R的骑码放在标尺的左端分度线上。为了使天平平衡，必须同时在天平的右盘中加放同样重量的砝码r。因此可列出平衡方程式：R（a+）=r*a+S*a（1）整理后为：如R=5mg，a=5cm，而S=0.001mg，代入后得：=0.001cm或10这就是说，在分度值为0.001mg的天平上，若要求骑码称量误差不大与天平读数标牌的1个分度值，则骑码标尺各主要分度线偏离它所配属的刀刃的水平距离不得超过10。限于调整技术上的种种困难，这样微小的距离显然是不易调到的。随着现代社会对天平计量要求的提高，新的计量

5、规范要求的不断改进，对于零点在左端的骑码标尺提出了新的技术要求，认为标尺的左、中、右三条主要分度线并不一定都要处在分别通过三把刀刃的垂面内，而只要标尺分度线的分布达到一定的均匀度即可。下面来阐述这一改进的合理性。仍然设天平横练的臂长为a，骑码的重量为R。并设骑码标尺的零点分度线与左承重刀刃不在同一垂面内，而在它的右方并与之相距为。再设横梁左臂的方向为正，右臂的方向为负。当骑码放在标尺的零点分度线上，此时平衡方程式为：a*R=a*T（2）式中T为右盘中的平衡重物。然后，在左秤盘上加放小砝码r，使其重量等于骑码重量。这是为使天平平衡，须把骑码从标尺对的零点移至与支点刀刃的垂面距离为x的位置上。因此

6、平衡方程式则为：a*r+x*R=a*T（3）由于（2）和（3）相等，即：a*R=a*r+x*R因R=r，所以，x=-X为负值，根据上述的假设条件，说明在后一情形下骑码在标尺上的位置应在支点刀刃垂面的右方（即在横梁右臂上），并与之相距为。同样可以证明，当把2r的砝码放在天平左盘上时，x即等于-1a，即骑码标尺的最右端分度线应在右承重刀刃垂面的右方，并与刀刃垂面距离为。这也就意味着骑码标尺整个向右平移了的距离。以上计算可以说明，零点分度在左端的骑码标尺，其三条主要分度线不与所配属的刀刃在同一垂面内，而与之有一个方向相同、绝对值相等的距离是允许的。因此，对于这种型式骑码标尺的主要技术要求应当是：骑码

7、标尺三条主要分度线与其对应的刀刃之间的水平距离为：=C分度式中C即为式（3）中的x，它的绝对值再往横梁上装配或直接在横梁上刻制骑码标尺时可以不做严格限制。当然，这个数值过大时，也会是天平的平衡工作不便。式中的第二项则是对标尺分度线的分布均匀的要求，亦即骑码测量误差。从以上数学公式的计算结果和推论可以看出，实现上述要求的一个首要条件，是骑码标尺两端分度线之间的距离必须与横梁两承重刀刃之间的距离严格相等，并且横梁两臂的长度也必须严格相等。所以虽然上面的论述在理论上是成立的，但在实践中却是难以达到的。由于骑码标尺两极端分度线之间的距离是固定的。因此在调整工作中，一般都是借助于调整承重刀的左右水平位置

8、来达到与标尺分度线的相应配合。现在假设，无论对于零点分度线位于中间还是左端的骑码标尺，都以他的中间分度线重合在通过支点刀刃的垂面内，并且标尺左端分度线与中间分度线之间的距离（称为标尺臂长，用b表示）小于横梁的臂长（仍用a表示），即设b=a。现在来计算一下，在这种标尺上应配用多重的骑码（用R表示）才能满足使用要求。先把骑码R放在标尺的左端分度线上，右盘中以代替物T平衡之。可以列出平衡方程式：R*b=T*a（4）然后取下骑码，不动右盘中的重物，而在左盘中放上重量为r的砝码，r值的选择以不改变天平原来的平衡位置为原则。此时的天平方程式为：r*a=T*a（5）而式（4）与（5）相等，因此：R=根据假设

9、条件，于是：这说明在左端分度线不与通过天平左承重刀刃的垂面相重合的骑码标尺上，骑码的重量与放在秤盘中的砝码的重量不相等，他们的关系取决于标尺臂长与横梁臂长之比。现在来计算一下，当左盘中放上砝码r时，骑码应放在标尺右臂的哪个位置上才能使天平平衡。设这一位置与支点刀刃垂面间的距离为x。这是平衡方程式为：（6）于是：而已知：，因此：这说明骑码标尺的左、右臂必须是等长的。通过上面的数学分析和计算可以得出以下结论，即骑码的标尺无论对于零点分度线位于中间还是位于左端的，其中间分度线必须严格位于处在通过支点刀刃的垂面内，并且标尺中间分度线与两端分度线之间的距离必须相等。由于这个结论只要求标尺的一条分度线对准

10、相应的刀刃，并且标尺刻度的均匀可以达到很高，显然按照这样的要求往横梁上装配或直接在横梁上刻制骑码标尺，既方便又准确。这样在深刻了解和熟练掌握使用骑码标尺后，再用小称量的精密天平计量微小物品时候，就可以不用频繁更换砝码来取得两边的平衡，因为那样频繁的更换砝码以取得两边相当，既费时费力效率又不高，可以使用骑码标尺移动读数从而得到尾数部分的数据。众所周知，天平横梁不等臂性偏差是与检定天平时天平负荷的大小有关，负荷越大，偏差值越大。因此对于等臂全机械加码的天平，（毫克组和克组砝码都是机械方法加减的），检定克组以上砝码时，所得的差值明显的包含着在该负荷下天平横梁的不等臂性偏差。各种实验数据表明，一台称量为200g的天平满载时，即使横梁不等臂性偏差达到0.3mg，但在1克的负荷下表现出来的不等臂性偏差却是极其微小的。半机械加码（只有毫克组砝码是机械方法加码的）天平，如此小的负荷下，不等臂偏差非常微小，故可以忽略不计。当然骑码标尺的设计结构已经考虑到这方面的影响了。随着新的技术要求的提出，骑码标尺的检定方法也应当作相应修改，既可以只检查标尺的中间分度线是否与通过支点刀刃的垂面相重合，以及骑马与标尺两端分度线配合所得的量值与放在秤盘中的相应的砝码的重量是否相等。而且，零点分度线位于中间和左端的两种型式骑码标尺的检定方法也可以统一了。最后应说明，由于骑码的重量与骑码标尺的臂长有关，因此，一台天平上