historieRediger
balanceskalaen er sådan en simpel enhed, at dens anvendelse sandsynligvis langt forud for beviset. Hvad der har gjort det muligt for arkæologer at forbinde artefakter til vejevægte er stenene til bestemmelse af absolut masse. Selve balanceskalaen blev sandsynligvis brugt til at bestemme relativ masse længe før absolut masse.
det ældste bevis for eksistensen af vejeskalaer dateres til c. 2400-1800 f.kr. i Indus-floddalen. Før det blev der ikke udført bankvirksomhed på grund af manglende skalaer. Ensartede, polerede stenterninger opdaget i tidlige bosættelser blev sandsynligvis brugt som masseindstillende sten i balanceskalaer. Selvom terningerne ikke har nogen markeringer, er deres masser multipla af en fællesnævner. Kuberne er lavet af mange forskellige slags sten med varierende tætheder. Det var klart, at deres masse, ikke deres størrelse eller andre egenskaber, var en faktor i skulpturen af disse terninger.
i Egypten kan skalaer spores til omkring 1878 f.kr., men deres brug strækker sig sandsynligvis meget tidligere. Udskårne sten med mærker, der angiver masse og Det Egyptiske hieroglyfsymbol for guld, er blevet opdaget, hvilket antyder, at Egyptiske købmænd havde brugt et etableret system til massemåling til at katalogisere guldforsendelser eller guldmineudbytter. Selvom ingen faktiske skalaer fra denne æra har overlevet, antyder mange sæt vejesten såvel som vægmalerier, der viser brugen af balancevægte, udbredt anvendelse. I Kina, den tidligste vejebalance, der blev udgravet, var fra en grav fra staten Chu i den kinesiske krigende staters periode dating tilbage til det 3.til 4. århundrede f. kr. Balancen var lavet af træ og brugte bronsmasser.
variationer på balanceskalaen, inklusive enheder som den billige og unøjagtige bismar (ulige bevæbnede skalaer), begyndte at se almindelig brug af c. 400 F.KR. af mange små købmænd og deres kunder. En overflod af skala sorter hver prale fordele og forbedringer i forhold til hinanden vises gennem hele historien, med så store opfindere som Leonardo da Vinci udlån en personlig hånd i deres udvikling.
selv med alle fremskridt inden for vejningsskala design og udvikling var alle skalaer indtil det syttende århundrede e.kr. variationer på balanceskalaen. Standardiseringen af de anvendte vægte – og at sikre, at handlende brugte de korrekte vægte – var en betydelig bekymring for regeringerne i hele denne tid.
-
vejning af retter fra øen Thera, minoisk civilisation, 2000-1500 f. kr
-
assyriske løvevægte (8. århundrede f. kr.) i British Museum
-
romersk balance med to bronsvægte, 50-200 e. kr., Gallo-romersk museum, Tongres Belgien
-
kejser Jahangir (regerede 1605-1627), der vejer sin søn Shah Jahan på en vejeskala af kunstneren Manohar (1615 e.kr., Mughal-dynastiet, Indien).
den oprindelige form for en balance bestod af en stråle med et omdrejningspunkt i midten. For højeste nøjagtighed ville omdrejningspunktet bestå af en skarp V-formet drejning siddende i et lavere V-formet leje. For at bestemme objektets masse blev en kombination af referencemasser hængt i den ene ende af bjælken, mens genstanden for ukendt masse blev hængt i den anden ende (se balance og steelyard balance). Til arbejde med høj præcision, såsom empirisk kemi, er midterstrålebalancen stadig en af de mest nøjagtige teknologier, der er tilgængelige, og bruges ofte til kalibrering af testmasser.
mekaniske balanceredit
balancen (også balance skala, stråle balance og laboratorium balance) var den første masse måleinstrument opfundet. I sin traditionelle form består den af et drejeligt vandret håndtag med arme af samme længde – bjælken – og en vejepande ophængt fra hver arm (deraf flertalsnavnet “skalaer” til et vejeinstrument). Den ukendte masse placeres i en gryde, og standardmasser føjes til den anden gryde, indtil bjælken er så tæt på ligevægt som muligt. I præcisionsbalancer gives en mere nøjagtig bestemmelse af massen ved positionen af en glidende masse bevæget langs en gradueret skala. Teknisk set sammenligner en balance vægt snarere end masse, men i et givet tyngdefelt (såsom jordens tyngdekraft) er vægten af et objekt proportional med dets masse, så de standardmasser, der bruges med saldi, mærkes normalt i masseenheder (f.eks. g eller kg).
i modsætning til fjederbaserede skalaer anvendes saldi til præcisionsmåling af masse, da deres nøjagtighed ikke påvirkes af variationer i det lokale tyngdefelt. (På jorden kan disse for eksempel udgøre 0,5% mellem steder.) En ændring i styrken af gravitationsfeltet forårsaget af bevægelse af balancen ændrer ikke den målte masse, fordi kraftmomenterne på begge sider af strålen påvirkes ens. En balance vil gøre en nøjagtig måling af masse på ethvert sted oplever en konstant tyngdekraft eller acceleration.
meget præcise målinger opnås ved at sikre, at balancens omdrejningspunkt i det væsentlige er friktionsfri (en knivkant er den traditionelle løsning) ved at fastgøre en markør til bjælken, der forstærker enhver afvigelse fra en balanceposition; og endelig ved hjælp af håndtagsprincippet, som gør det muligt at anvende fraktionerede masser ved bevægelse af en lille masse langs bjælkens målearm som beskrevet ovenfor. For størst nøjagtighed skal der være en godtgørelse for opdriften i luften, hvis virkning afhænger af massernes tætheder.
for at reducere behovet for store referencemasser kan en off-center stråle anvendes. En balance med en fjernlysstråle kan være næsten lige så nøjagtig som en skala med en midterstråle, men fjernlysstrålen kræver specielle referencemasser og kan ikke kontrolleres i sig selv for nøjagtighed ved blot at bytte indholdet af panderne som en midterstrålebalance kan. For at reducere behovet for små graduerede referencemasser kan en glidende vægt kaldet en poise installeres, så den kan placeres langs en kalibreret skala. En poise tilføjer yderligere forviklinger til kalibreringsproceduren, da den nøjagtige masse af poise skal justeres til det nøjagtige håndtagsforhold for bjælken.
for større bekvemmelighed ved placering af store og akavede belastninger kan en platform svæves på et cantilever beam-system, der bringer proportional kraft til et næsejernleje; dette trækker på en stilyard stang for at overføre den reducerede kraft til en passende størrelse stråle.
man ser stadig dette design i bærbare bjælkebalancer på 500 kg kapacitet, som ofte bruges i barske miljøer uden elektricitet, såvel som i den lettere mekaniske badeværelsesskala (som faktisk bruger en fjederskala internt). De ekstra drejninger og lejer reducerer alle nøjagtigheden og komplicerer kalibrering; flydesystemet skal korrigeres for hjørnefejl, før spændvidden korrigeres ved at justere balancestrålen og poise.
Roberval balanceredit
i 1669 præsenterede franskmanden Gilles Personne de Roberval en ny slags balanceskala til det franske videnskabsakademi. Denne skala bestod af et par lodrette søjler adskilt af et par lige lange arme og svingende i midten af hver arm fra en central lodret søjle, hvilket skabte et parallelogram. Fra siden af hver lodret søjle forlænges en pind. Til observatørernes forbløffelse, uanset hvor Roberval hang to lige store vægt langs pinden, er skalaen stadig afbalanceret. I denne forstand var skalaen revolutionerende: den udviklede sig til den mere almindeligt forekommende form bestående af to pander placeret på lodret søjle placeret over omdrejningspunktet og parallelogrammet under dem. Fordelen ved Roberval-designet er, at uanset hvor lige vægte placeres i panderne, vil skalaen stadig balancere.
yderligere udviklinger har inkluderet en “gearbalance”, hvor parallelogrammet erstattes af et ulige antal sammenkoblede gear, der er større end et, med skiftende gear af samme størrelse og med det centrale gear fastgjort til et stativ og de udvendige gear fastgjort til pander samt “tandhjulsgearbalancen” bestående af en cykeltype kæde, der er sløjfet omkring et ulige antal tandhjul med det centrale faste og de yderste to frie til at dreje og fastgjort til en gryde.
fordi den har flere bevægelige samlinger, der tilføjer friktion, er Roberval-balancen konsekvent mindre nøjagtig end den traditionelle bjælkebalance, men til mange formål kompenseres dette af dens anvendelighed.
Torsionsbalanceredit
torsionsbalancen er en af de mest mekanisk nøjagtige og analoge balancer. Apotekskoler lærer stadig, hvordan man bruger torsionsbalancer i USA. Det bruger pander som en traditionel balance, der ligger oven på et mekanisk kammer, der baserer målinger på mængden af vridning af en ledning eller fiber inde i kammeret. Vægten skal stadig bruge en kalibreringsvægt til at sammenligne med, og kan veje genstande større end 120 mg og komme inden for en fejlmargin +/- 7 mg. Mange mikrobalancer og ultra-mikrobalancer, der vejer fraktionerede gramværdier, er torsionsbalancer. En almindelig fibertype er kvartskrystal.
elektroniske enhederrediger
Mikrobalancerediger
en mikrobalance (også kaldet en ultramikrobalance eller nanobalance) er et instrument, der er i stand til at foretage præcise målinger af massen af objekter med relativt lille masse: i størrelsesordenen en million dele af et gram og derunder.
analytisk balanceredit
en analytisk balance er en klasse af balance designet til at måle lille masse i sub-milligram området. Målepanden for en analytisk balance (0.1 mg eller bedre) er inde i et gennemsigtigt kabinet med døre, så støv ikke samler sig, og så påvirker luftstrømme i rummet ikke balancens funktion. Denne kabinet kaldes ofte et udkast skjold. Brugen af en mekanisk udluftet balance sikkerhed kabinet, som har unikt designet akryl airfoils, tillader en jævn turbulens-fri luftstrøm, der forhindrer balance udsving og måling af masse ned til 1 liter uden udsving eller tab af produkt. Prøven skal også være ved stuetemperatur for at forhindre naturlig konvektion i at danne luftstrømme inde i kabinettet fra at forårsage en fejl ved læsning. Mekaniske substitutionsbalancer med en enkelt pande opretholder ensartet respons i hele den nyttige kapacitet, hvilket opnås ved at opretholde en konstant belastning på balancestrålen og dermed omdrejningspunktet ved at trække masse på den samme side af bjælken, som prøven tilsættes.
elektroniske analytiske skalaer måler den kraft, der er nødvendig for at imødegå den masse, der måles, snarere end at bruge faktiske masser. Som sådan skal de have kalibreringsjusteringer foretaget for at kompensere for gravitationsforskelle. De bruger en elektromagnet til at generere en kraft til at modvirke prøven, der måles, og udsende resultatet ved at måle den kraft, der er nødvendig for at opnå balance. En sådan måleindretning kaldes en elektromagnetisk kraftgendannelsessensor.
Pendulbalanceskalaerrediger
Pendeltypeskalaer brug ikke fjedre. Disse designs bruger pendler og fungerer som en balance, der ikke påvirkes af forskelle i tyngdekraften. Et eksempel på anvendelse af dette design er skalaer lavet af Toledo Scale Company.
programmerbare skalerredit
en programmerbar skala har en programmerbar logikcontroller i sig, så den kan programmeres til forskellige applikationer såsom batching, mærkning, påfyldning, lastbilskalaer og mere.
SymbolismEdit
skalaerne (specifikt en to-pan, bjælkebalance) er et af de traditionelle symboler for retfærdighed, som udøvet af statuer af Lady Justice. Dette svarer til brugen i metafor af sager, der “holdes i balance”. Det har sin oprindelse i det gamle Egypten.
skalaer er også symbolet for det astrologiske tegn Libra.
skalaer (specifikt en to-pan, strålebalance i en tilstand af lige balance) er det traditionelle symbol på Pyrrhonisme, der angiver den lige balance mellem argumenter, der bruges til at inducere epoke.