Instrumento de medición de equilibrio

Balance, instrumento para comparar los pesos de dos cuerpos, generalmente con fines científicos, para determinar la diferencia de masa (o peso).

La invención del equilibrio de brazos iguales se remonta al menos a la época de los antiguos egipcios, posiblemente ya en el año 5000 a. C. En los primeros tipos, la viga se sostenía en el centro y las bandejas se colgaban de los extremos mediante cuerdas. Una mejora posterior en el diseño fue el uso de un pasador a través del centro de la viga para el rodamiento central, introducido por los romanos sobre el tiempo de Cristo. La invención de los filos de cuchillos en el siglo XVIII condujo al desarrollo del equilibrio mecánico moderno. A finales del siglo XIX, la balanza se había convertido en Europa en uno de los tipos de dispositivos de medición más precisos del mundo. En el siglo XX, se desarrollaron balanzas electrónicas, dependiendo de la compensación eléctrica en lugar de la desviación mecánica.

El equilibrio mecánico consiste, esencialmente, en una viga rígida que oscila en un filo horizontal horizontal como un punto de apoyo y tiene los dos extremos extremos paralelos y equidistantes del centro. Las cargas a pesar se apoyan en bandejas colgadas de rodamientos. Para el mejor diseño, se ubican dos o más bordes de cuchilla adicionales entre el cojinete del extremo y la bandeja, uno para evitar la inclinación del avión y otro para fijar el centro de carga en un punto particular en el borde del cuchillo de extremo. Un mecanismo de detención evita daños durante la carga al separar los bordes de la cuchilla de sus rodamientos. La desviación de la balanza puede indicarse mediante un puntero unido al rayo y pasando sobre una escala graduada o por reflejo de un espejo en el rayo a una escala distante.

El método más obvio de usar una balanza se conoce como pesaje directo. El material que se va a pesar se coloca en una bandeja, con suficientes pesos conocidos en la otra bandeja para que la viga esté en equilibrio. La diferencia entre la lectura cero y la lectura con las bandejas cargadas indica la diferencia entre las cargas en las divisiones de escala. Tal pesaje directo requiere que los brazos sean de igual longitud. Cuando el error resultante de brazos desiguales es mayor que la precisión requerida, se puede utilizar el método de pesaje de sustitución. En este método, se agregan pesos de contrapeso a una bandeja para equilibrar la carga desconocida en la otra. Luego, los pesos conocidos se sustituyen por la carga desconocida. Este método solo requiere que los dos brazos de la viga mantengan las mismas longitudes durante el pesaje. Cualquier efecto de desigualdad es el mismo para ambas cargas y, por lo tanto, se elimina.

Se han construido pequeñas microbalanzas de cuarzo con capacidades inferiores a un gramo con una fiabilidad mucho mayor que la que se encuentra normalmente con pequeñas balanzas de ensayo que tienen una viga metálica con tres filos de cuchilla. Las microbalanzas se usan principalmente para determinar las densidades de gases, particularmente de gases que se pueden obtener solo en pequeñas cantidades. La balanza generalmente opera en una cámara hermética a los gases, y un cambio en el peso se mide por el cambio en la fuerza de flotación neta sobre la balanza debido al gas en el que se suspende la balanza, la presión del gas se puede ajustar y medir por Un manómetro de mercurio conectado con la caja de la balanza.

La ultramicrobalanza es cualquier dispositivo de pesaje que sirve para determinar el peso de muestras más pequeñas que se pueden pesar con la microbalanza, es decir, cantidades totales tan pequeñas como uno o unos pocos microgramos. Los principios sobre los cuales se han construido con éxito las ultramicrobalanzas incluyen la elasticidad de los elementos estructurales, el desplazamiento de fluidos, el equilibrio mediante campos eléctricos y magnéticos, y combinaciones de estos. La medición de los efectos producidos por las diminutas masas pesadas se ha realizado mediante métodos de radiación óptica, eléctrica y nuclear para determinar los desplazamientos y mediante mediciones ópticas y eléctricas de las fuerzas utilizadas para restaurar un desplazamiento causado por la muestra que se está pesando.

El éxito de los equilibrios tradicionales en los tiempos modernos se ha basado en las propiedades elásticas de ciertos materiales adecuados, especialmente las fibras de cuarzo, que tienen una gran resistencia y elasticidad y son relativamente independientes de los efectos de la temperatura, la histéresis y la flexión inelástica. Las ultramicrobalanzas más exitosas y prácticas se han basado en el principio de equilibrar la carga aplicando torque a una fibra de cuarzo. Un diseño simple utiliza una fibra rígida como una viga horizontal, sostenida en su centro por una fibra de torsión de cuarzo horizontal estirada sellada en ángulos rectos. En cada extremo de la viga se suspende una bandeja, una contrapesando la otra. La desviación de la viga causada por la adición de la muestra a una bandeja se restablece girando el extremo de la fibra de torsión hasta que la viga esté nuevamente en su posición horizontal y se pueda aplicar el rango completo de torsión en la fibra en suspensión a la medición de carga agregada a una bandeja. La cantidad de torsión necesaria para la restauración se lee mediante un dial conectado al extremo de la fibra de torsión. El peso se obtiene calibrando la balanza contra pesos conocidos y leyendo el valor de la tabla de calibración de peso versus torsión. A diferencia de los equilibrios de desplazamiento directo que se basan únicamente en la elasticidad de los miembros estructurales, el equilibrio de torsión permite que la gravedad equilibre el componente más grande de la carga, es decir, las bandejas, y da como resultado una capacidad de carga mucho mayor.

Las balanzas de finales del siglo XX solían ser electrónicas y mucho más precisas que las mecánicas. Un escáner midió el desplazamiento de la bandeja que sostenía el objeto a pesar y, mediante un amplificador y posiblemente una computadora, generó una corriente que devolvió la bandeja a su posición cero. Las mediciones fueron leídas en una pantalla digital o impresas. Los sistemas de pesaje electrónico no solo miden la masa total sino que también pueden determinar características tales como el peso promedio y el contenido de humedad.