Ustrezni merilni instrument

Tehtnica, instrument za primerjavo uteži dveh teles, običajno za znanstvene namene, za določitev razlike v masi (ali teži).

Izum ravnotežja z enako roko sega vsaj v čas starih Egipčanov, po možnosti že v 5000 pr. Pri najzgodnejših vrstah je bil žarek podkrepljen v središču in ponve so s koncev obesili z vrvicami. Kasnejša izboljšava zasnove je bila uporaba zatiča skozi sredino žarka za osrednji ležaj, ki so ga Rimljani uvedli o času Kristusa. Izum robov za nože v 18. stoletju je privedel do razvoja sodobnega mehanskega ravnovesja. Do konca 19. stoletja se je tehtnica v Evropi razvila v eno najbolj natančnih vrst merilnih naprav na svetu. V 20. stoletju so se razvile elektronske tehtnice, ki so bile odvisne od električne kompenzacije in ne od mehanskega odklona.

Mehansko ravnotežje je v bistvu sestavljeno iz togega snopa, ki niha na vodoravnem osrednjem robu noža kot ogrodje in ima dva končna roba noža vzporedna in enako oddaljena od središča. Obremenitve, ki jih je treba tehtati, so podprte na ponvah, obešenih z ležajev. Za najboljšo zasnovo sta med končnim ležajem in ponjavo nameščena dva ali več dodatnih robov noža, eden za preprečevanje nagiba ravnine in drugi za pritrditev središča obremenitve na določeni točki na končnem robu noža. Zaporni mehanizem preprečuje poškodbe med nalaganjem tako, da ločuje robove noža od njihovih ležajev. Odmik tehtnice je lahko prikazan s kazalcem, pritrjenim na snop in s prehodom preko stopnjevane skale, ali z odsevom od ogledala na snopu do oddaljene lestvice.

Najbolj očitna metoda uporabe tehtnice je znana kot direktno tehtanje. Material, ki ga je treba tehtati, se položi na eno ponev z dovolj znanimi utežmi na drugi ponev, da bo žarek v ravnovesju. Razlika med ničelnim odčitkom in odčitkom pri naloženih ponvah kaže razliko med obremenitvami v razdelitvi obsega. Takšno neposredno tehtanje zahteva, da so roke enake dolžine. Če je napaka, ki je posledica neenakih ročk, večja od zahtevane natančnosti, se lahko uporabi nadomestni način tehtanja. Pri tej metodi se uteži z nasprotnimi vložki dodajo v eno ponev, da se na drugem uravnoteži neznano breme. Nato se znane uteži nadomestijo z neznano obremenitvijo. Ta metoda zahteva le, da obe kraki žarka med tehtanjem ohranjata enake dolžine. Vsak učinek neenakosti je za obe obremenitvi enak in se zato odpravi.

Majhne kremenčeve mikrotehnike s prostornino manjšo od grama so izdelane z zanesljivostjo, veliko večjo, kot jo običajno najdemo z majhnimi tehtnicami, ki imajo kovinsko gredo s tremi robovi noža. Za določanje gostote plinov se uporabljajo predvsem mikrotehnike, zlasti plinov, ki jih je mogoče dobiti le v majhnih količinah. Tehtnica običajno deluje v neprepustni komori, sprememba teže pa se meri s spremembo neto plovne sile na tehtnici zaradi plina, v katerem je tehtnica suspendirana, tlak plina pa je nastavljiv in merjen s živosrebrni manometer, povezan s primerom tehtnice.

Ultramicrobalance je vsaka naprava za tehtanje, ki določi težo manjših vzorcev, kot jih je mogoče tehtati z ravnotežjem - torej skupne količine, majhne kot en ali nekaj mikrogramov. Načela, na katerih so bila uspešno izdelana ultramikrobna ravnovesja, vključujejo elastičnost v strukturnih elementih, premik v tekočinah, uravnavanje z električnim in magnetnim poljem ter njihove kombinacije. Merjenje učinkov, ki jih povzročijo tehtane minutne mase, je bilo izvedeno z optičnimi, električnimi in jedrskimi sevanji za določanje premikov ter z optičnimi in električnimi meritvami sil, uporabljenih za obnavljanje premika, ki ga povzroči tehtanje vzorca.

Uspeh tradicionalnih tehtnic se v sodobnem času opira na elastične lastnosti nekaterih primernih materialov, zlasti kremenčevih vlaken, ki imajo veliko trdnost in elastičnost ter so relativno neodvisni od vplivov temperature, histereze in neelastičnega upogiba. Najuspešnejša in najbolj praktična ultramikrobna ravnotežja so temeljila na načelu uravnoteženja obremenitve z uporabo navora na kremenčevih vlaknih. Enostavna zasnova uporablja togo vlakno kot vodoravni snop, podprt z raztegnjenim vodoravnim kremenčevim torzijskim vlaknom, ki je pritrjeno pod pravim kotom. Na vsakem koncu žarka je obešena ponev, ena uravnava drugo. Odklon snopa, ki nastane z dodajanjem vzorca v eno ponev, se vzpostavi z vrtenjem konca torzijskega vlakna, dokler žarek ni ponovno v svojem vodoravnem položaju in se lahko za merjenje merjenja uporabi celoten obseg torzije v visečem vlaknu. dodana obremenitev v eno ponev. Količina torzije, ki je potrebna za obnovo, se odčita s številčnico, pritrjeno na koncu torzijskega vlakna. Teža se izračuna s kalibracijo tehtnice glede na znane uteži in odčitavanjem vrednosti iz kalibracijske tabele teže glede na torzijo. Za razliko od ravnotežja z neposrednim premikom, ki se zanašajo le na elastičnost konstrukcijskih elementov, torzijska tehtnica omogoča, da gravitacija uravnoteži največjo komponento obremenitve, to je posode, in ima za posledico močno povečano nosilnost.

Tehtnice poznega 20. stoletja so bile običajno elektronske in veliko bolj natančne od mehanskih. Optični bralnik je izmeril premik ponev, ki drži predmet, ki ga je treba tehtati, in s pomočjo ojačevalnika in morda računalnika je povzročil tok, ki je vrnil ponev v ničelni položaj. Meritve so bile odčitane na digitalnem zaslonu ali izpisu. Elektronski tehtalni sistemi ne merijo le skupne mase, ampak lahko določajo tudi take lastnosti, kot sta povprečna teža in vsebnost vlage.