historiaRedigera
balansskalan är en så enkel anordning att dess användning sannolikt långt föregår bevisen. Vad som har gjort det möjligt för arkeologer att länka artefakter till vågar är stenarna för att bestämma absolut massa. Balansskalan i sig användes förmodligen för att bestämma relativ massa långt före absolut massa.
de äldsta bevisen för förekomsten av vågar dateras till c. 2400-1800 f.Kr. i Indus River valley. Före det utfördes ingen bank på grund av brist på skalor. Enhetlig, polerade stenbitar som upptäcktes i tidiga bosättningar användes troligen som masshärdande stenar i balansvågar. Även om kuberna inte har några markeringar är deras massor multiplar av en gemensam nämnare. Kuberna är gjorda av många olika typer av stenar med varierande densiteter. Uppenbarligen var deras massa, inte deras storlek eller andra egenskaper, en faktor för att skulptera dessa kuber.
i Egypten kan skalor spåras till omkring 1878 f.Kr., men deras användning sträcker sig förmodligen mycket tidigare. Snidade stenar med märken som betecknar massa och den egyptiska hieroglyfiska symbolen för guld har upptäckts, vilket tyder på att Egyptiska köpmän hade använt ett etablerat system för massmätning för att katalogisera guldtransporter eller guldgruvor. Även om inga faktiska skalor från denna tid har överlevt, många uppsättningar vägningsstenar samt väggmålningar som visar användningen av balansvågar tyder på utbredd användning. I Kina, den tidigaste vägning balans utgrävda var från en grav i delstaten Chu av den kinesiska Stridande staterna Period dejting tillbaka till den 3: e till 4: e århundradet före Kristus i Mount Zuojiagong nära Changsha, Hunan. Balansen var gjord av trä och använde bronsmassor.
variationer på balansskalan, inklusive enheter som billiga och felaktiga bismar (ojämlika beväpnade skalor), började se gemensam användning av c. 400 f.Kr. av många små handlare och deras kunder. En uppsjö av skala sorter varje skryt fördelar och förbättringar över varandra visas hela historien, med sådana stora uppfinnare som Leonardo da Vinci utlåning en personlig hand i sin utveckling.
även med alla framsteg inom vågdesign och utveckling var alla skalor fram till sjuttonhundratalet e.Kr. variationer på balansskalan. Standardiseringen av de använda vikterna – och att säkerställa att handlare använde rätt vikter – var en betydande upptagning av regeringar under hela denna tid.
-
vägning av rätter från ön Thera, den minoiska civilisationen, 2000-1500 f. Kr
-
Assyriska lejonvikter (8th century BC) i British Museum
-
romersk balans med två bronsvikter, 50-200 e. Kr., Gallo-romerska museet, Tongres Belgien
-
kejsaren Jahangir (regerade 1605-1627) väger sin son Shah Jahan på en vågskala av konstnären Manohar (AD 1615, Mughal-dynastin, Indien).
den ursprungliga formen av en balans bestod av en stråle med en vinkel i centrum. För högsta noggrannhet skulle stödpunkten bestå av en skarp V-formad pivot som sitter i ett grundare V-format lager. För att bestämma objektets massa hängdes en kombination av referensmassor i ena änden av strålen medan objektet med okänd massa hängdes i den andra änden (se balans och steelyard balans). För arbete med hög precision, såsom empirisk kemi, är mittbalkbalansen fortfarande en av de mest exakta teknikerna som finns tillgängliga och används ofta för kalibrering av testmassor.
mekanisk balancesEdit
balansen (även balansskala, balkbalans och laboratoriebalans) var det första massmätinstrumentet som uppfanns. I sin traditionella form består den av en svängbar horisontell spak med armar av samma längd – strålen – och en vågpanna upphängd från varje arm (därav pluralnamnet ”skalor” för ett våginstrument). Den okända massan placeras i en panna och standardmassor läggs till den andra pannan tills strålen är så nära jämvikt som möjligt. I precisionsbalanser ges en mer exakt bestämning av massan genom positionen för en glidmassa som flyttas längs en graderad skala. Tekniskt sett jämför en balans vikt snarare än massa, men i ett givet gravitationsfält (såsom jordens gravitation) är vikten av ett objekt proportionellt mot dess massa, så standardmassorna som används med balanser är vanligtvis märkta i massenheter (t.ex. g eller kg).
till skillnad från fjäderbaserade vågar används balanser för precisionsmätning av massa eftersom deras noggrannhet inte påverkas av variationer i det lokala gravitationsfältet. (På jorden, till exempel, dessa kan uppgå till 0,5% mellan platser.) En förändring i gravitationsfältets styrka som orsakas av att balansen flyttas förändrar inte den uppmätta massan, eftersom kraftens ögonblick på vardera sidan av strålen påverkas lika. En balans kommer att göra en noggrann mätning av massa på vilken plats som helst som upplever en konstant gravitation eller acceleration.
mycket exakta mätningar uppnås genom att säkerställa att balansens stödpunkt är väsentligen friktionsfri (en knivkant är den traditionella lösningen), genom att fästa en pekare på strålen som förstärker eventuell avvikelse från en balansposition; och slutligen genom att använda spakprincipen, som tillåter fraktionerade massor att appliceras genom rörelse av en liten massa längs strålens mätarm, som beskrivits ovan. För största noggrannhet måste det finnas en ersättning för flytkraften i luften, vars effekt beror på tätheten hos de berörda massorna.
för att minska behovet av stora referensmassor kan en off-center-stråle användas. En balans med en off-center Balk kan vara nästan lika exakt som en skala med en center Balk, men off-center Balk kräver speciella referensmassor och kan inte kontrolleras i sig för noggrannhet genom att helt enkelt byta innehållet i kastruller som en center-Balk balans kan. För att minska behovet av små graderade referensmassor kan en glidvikt som kallas poise installeras så att den kan placeras längs en kalibrerad skala. En balans lägger till ytterligare invecklingar i kalibreringsproceduren, eftersom den exakta massan av balans måste justeras till strålens exakta spakförhållande.
för större bekvämlighet vid placering av stora och besvärliga belastningar kan en plattform svävas på ett cantileverbalksystem som ger proportionell kraft till ett noseironlager; detta drar på en stilyardstav för att överföra den reducerade kraften till en bekvämt stor stråle.
man ser fortfarande denna design i bärbara balkbalanser på 500 kg kapacitet som vanligtvis används i hårda miljöer utan el, liksom i den lättare mekaniska badrumsvågen (som faktiskt använder en fjäderskala, internt). De ytterligare vridningarna och lagren minskar noggrannheten och komplicerar kalibreringen; flottörsystemet måste korrigeras för hörnfel innan spännvidden korrigeras genom att justera balansbalken och poise.
Roberval balanceEdit
år 1669 presenterade fransmannen Gilles personne de Roberval en ny typ av balansskala för den franska vetenskapsakademin. Denna skala bestod av ett par vertikala kolumner åtskilda av ett par lika långa armar och svängde i mitten av varje arm från en central vertikal kolumn, vilket skapade ett parallellogram. Från sidan av varje vertikal kolonn förlängdes en pinne. Till observatörernas förvåning, oavsett var Roberval hängde två lika stora vikt längs pinnen, är skalan fortfarande balanserad. I den meningen var skalan revolutionerande: den utvecklades till den mer vanligt förekommande formen bestående av två kokkärl placerade på vertikal kolonn belägen ovanför stödpunkten och parallellogrammet under dem. Fördelen med Roberval-designen är att oavsett var lika vikter placeras i pannorna, kommer skalan fortfarande att balansera.
vidareutvecklingar har inkluderat en ”kugghjulsbalans” där parallellogrammet ersätts av ett udda antal sammankopplade kugghjul som är större än ett, med växlande kugghjul av samma storlek och med det centrala kugghjulet fixerat på ett stativ och de yttre kugghjulen fixerade på kokkärl, samt ”kedjehjulsbalans” bestående av en kedja av cykeltyp som slingras runt ett udda antal kedjehjul med det centrala fixerade och de yttersta två fria att svänga och fästas på en panna.
eftersom den har mer rörliga fogar som ger friktion är Roberval-balansen konsekvent mindre exakt än den traditionella balkbalansen, men för många ändamål kompenseras detta av dess användbarhet.
Torsionsbalanseedit
torsionsbalansen är en av de mest mekaniskt korrekta och analoga balanserna. Apoteksskolor lär fortfarande hur man använder torsionsbalanser i USA. Den använder kokkärl som en traditionell balans som ligger ovanpå en mekanisk kammare som baserar mätningar på mängden vridning av en tråd eller fiber inuti kammaren. Skalan måste fortfarande använda en kalibreringsvikt för att jämföra mot, och kan väga föremål större än 120 mg och komma inom en felmarginal +/- 7 mg. Många mikrobalanser och ultramikrobalanser som väger fraktionerade gramvärden är torsionsbalanser. En vanlig fibertyp är kvartskristall.
elektroniska enheterredigera
Mikrobalanserredigera
en mikrobalans (även kallad ultramikrobalans eller nanobalans) är ett instrument som kan göra exakta mätningar av massan av föremål med relativt liten massa: i storleksordningen en miljon delar av ett gram och nedan.
analytisk balansredigera
en analytisk balans är en klass av balans utformad för att mäta liten massa i undermilligramområdet. Mätpanelen för en analytisk balans (0.1 mg eller bättre) är inuti ett transparent hölje med dörrar så att damm inte samlas och så påverkar inga luftströmmar i rummet balansens funktion. Detta hölje kallas ofta ett utkast sköld. Användningen av en mekaniskt ventilerad balans säkerhetshölje, som har unikt utformade akryl airfoils, möjliggör en jämn turbulens fritt luftflöde som förhindrar balans fluktuationer och mätningen av massa ner till 1 USC utan fluktuationer eller förlust av produkt. Provet måste också ha rumstemperatur för att förhindra att naturlig konvektion bildar luftströmmar inuti höljet från att orsaka ett fel vid avläsningen. Mekaniska substitutionsbalanser med en panna upprätthåller konsekvent respons genom hela användbar kapacitet, vilket uppnås genom att upprätthålla en konstant belastning på balansbalken och därmed stödpunkten genom att subtrahera massa på samma sida av strålen till vilken provet tillsätts.
elektroniska analytiska vågar mäter den kraft som behövs för att motverka massan som mäts snarare än att använda faktiska massor. Som sådan måste de ha kalibreringsjusteringar för att kompensera för gravitationsskillnader. De använder en elektromagnet för att generera en kraft för att motverka provet som mäts och mata ut resultatet genom att mäta den kraft som behövs för att uppnå balans. En sådan mätanordning kallas en elektromagnetisk kraftåterställningssensor.
pendel balans scalesEdit
pendel typ skalor använd inte fjädrar. Dessa mönster använder pendlar och fungerar som en balans som inte påverkas av skillnader i tyngdkraften. Ett exempel på tillämpning av denna design är vågar gjorda av Toledo Scale-företaget.
programmerbar scalesEdit
en programmerbar skala har en programmerbar logisk styrenhet i den, så att den kan programmeras för olika applikationer som dosering, märkning, fyllning, lastbilsvågar och mer.
SymbolismEdit
skalorna (specifikt en två-pan, Balk balans) är en av de traditionella symbolerna för rättvisa, som utövas av statyer av Lady Justice. Detta motsvarar användningen i metafor av saker som ”hålls i balans”. Det har sitt ursprung i forntida Egypten.
vågar är också symbolen för det astrologiska tecknet Vågen.
skalor (specifikt en tvåpannabalansbalans i ett tillstånd av lika balans) är den traditionella symbolen för Pyrrhonism som indikerar lika balans mellan argument som används för att framkalla epoche.