Instrument za mjerenje ravnoteže

Ravnoteža, instrument za usporedbu težina dvaju tijela, obično u znanstvene svrhe, za utvrđivanje razlike u masi (ili težini).

Izum ravnoteže jednake ruke datira još barem od vremena starih Egipćana, vjerojatno već 5000 godina p.n.e. U najranijim tipovima greda je bila podržana u središtu, a tave su s krajeva bile obješene vrpcama. Kasnije poboljšanje dizajna bilo je korištenje igle kroz sredinu grede za središnji ležaj, koju su uveli Rimljani o vremenu Krista. Izum ivica noža doveo je do razvoja moderne mehaničke ravnoteže. Krajem 19. stoljeća vaga se u Europi razvila u jednu od najpreciznijih vrsta na svijetu. U 20. stoljeću razvijaju se elektroničke vage, ovisno o električnoj kompenzaciji, a ne o mehaničkom proklizavanju.

Mehanička ravnoteža sastoji se u osnovi od krute grede koja oscilira na vodoravnom središnjem rubu noža kao podloga i ima dva krajnja ruba noža paralelna i ravnopravna od središta. Tereti za vaganje podupiru se na tačkama obješenim s ležajeva. Za najbolji dizajn, dva ili više dodatnih rubova noža nalaze se između krajnjeg ležaja i pločice, jedan za sprečavanje naginjanja ravnine, a drugi za fiksiranje središta opterećenja u određenoj točki na krajnjem rubu noža. Mehanizam zatezanja sprječava oštećenje tijekom utovara odvajanjem rubova noža od njihovih ležajeva. Smanjenje ravnoteže može se naznačiti pokazivačem pričvršćenim na snop i prelazeći preko stupnjeva skale ili odrazom od zrcala na snopu do udaljene skale.

Najočitija metoda korištenja vage poznata je kao izravno vaganje. Materijal koji će se vagati stavlja se na jednu tavu, s dovoljno poznatih utega na drugu posudu tako da snop bude u ravnoteži. Razlika između nulta očitanja i čitanja s učitanim posudama pokazuje razliku između opterećenja u podjeli ljestvice. Takvo izravno vaganje zahtijeva da ruke budu jednake duljine. Ako je pogreška koja je posljedica nejednakih krakova veća od potrebne preciznosti, može se primijeniti metoda zamjene vaganja. U ovoj se metodi težišta suprotne mase dodaju u jednu tavu za uravnoteženje nepoznatog opterećenja s druge strane. Tada se poznate utezi zamjenjuju nepoznatim opterećenjem. Ova metoda zahtijeva samo da dvije ruke snopa održavaju iste dužine tijekom vaganja. Svaki učinak nejednakosti je jednak za oba opterećenja i stoga se eliminira.

Konstruirane su male kvarcne mikrolanke s kapacitetom manjim od grama s pouzdanošću mnogo većom od uobičajene s malim vagama tipa s metalnom gredom s tri ruba noža. Mikrobalansi se uglavnom koriste za određivanje gustoće plinova, posebno plinova koji se mogu dobiti u malim količinama. Vaga obično djeluje u nepropusnoj komori, a promjena težine mjeri se promjenom neto uzgojne sile na vagi zbog plina u kojem je vaga suspendirana, a tlak plina se podešava i mjeri se prema živin manometar povezan sa kućištem ravnoteže.

Ultramikrobalanca je svaki uređaj za vaganje koji služi za određivanje težine manjih uzoraka nego što se može izmjeriti s ravnotežom - tj. Ukupne količine kao male ili jedan mikrogram. Principi na kojima je ultramikrobalanca uspješno izgrađena uključuju elastičnost u strukturnim elementima, pomak u fluidima, uravnoteženje pomoću električnog i magnetskog polja i kombinacije istih. Mjerenje učinaka dobivenih masenim masama izrađeno je optičkim, električnim i nuklearnim zračenjem metodama određivanja pomaka i optičkim i električnim mjerenjima sila koje se koriste za obnavljanje pomaka uzrokovanog vaganju uzorka.

Uspjeh tradicionalnih vaga u modernom vremenu oslanjao se na elastična svojstva određenih prikladnih materijala, posebno kvarcnih vlakana, koja imaju veliku čvrstoću i elastičnost i relativno su neovisni o utjecajima temperature, histereze i neelastičnog savijanja. Najuspješnije i najpraktičnije ultramikrobalanse temelje se na načelu uravnoteženja opterećenja primjenom zakretnog momenta na kvarcno vlakno. Jednostavan dizajn koristi kruto vlakno kao vodoravnu gredu, poduprto ispruženim horizontalnim kvarcnim torzijskim vlaknom zalijepljenim na njega pod pravim kutom. Na svakom kraju grede se objesi posuda, jedna suprotstavlja ravnoteži drugoj. Odbijanje snopa uzrokovano dodavanjem uzorka u jednu posudu uspostavlja se rotiranjem kraja torzijskog vlakna sve dok greda ne bude ponovno u svom vodoravnom položaju i cijeli raspon torzije u vlaknu koji se suspendira može se primijeniti na mjerenje opterećenje dodano u jednu posudu. Količina torzije koja je potrebna za obnovu očitava se pomoću kotačića pričvršćenog na kraj torzijskog vlakna. Masa se dobiva kalibracijom vage s poznatim utezima i očitanjem vrijednosti s kalibracijske tablice mase prema torziji. Za razliku od ravnoteže s izravnim pomakom koji se oslanjaju samo na elastičnost građevinskih elemenata, torzijska ravnoteža omogućava gravitaciji da uravnoteži najveću komponentu opterećenja, tj. Posude, i rezultira u uvećanoj nosivosti.

Vage s kraja 20. stoljeća obično su bile elektroničke i daleko točnije od mehaničkih. Skener je izmjerio pomicanje posude koja drži predmet koji će se vagati i pomoću pojačala i eventualno računala uzrokovao je stvaranje struje koja je tavu vratila u nulti položaj. Mjerenja su se čitala na digitalnom ekranu ili ispisu. Elektronski sustavi za vaganje ne samo da mjere ukupnu masu, već mogu odrediti i takve karakteristike kao što su prosječna težina i udio vlage.