संतुलन मापने का साधन

संतुलन, दो पिंडों के वजन की तुलना के लिए साधन, आमतौर पर वैज्ञानिक उद्देश्यों के लिए, द्रव्यमान (या वजन) में अंतर को निर्धारित करने के लिए।

समान मिस्र के संतुलन का आविष्कार कम से कम प्राचीन मिस्रियों के समय से शुरू होता है, संभवतः 5000 ई.पू. शुरुआती प्रकारों में, केंद्र में बीम का समर्थन किया गया था और पैन को डोरियों द्वारा छोर से लटका दिया गया था। डिजाइन में बाद में सुधार केंद्रीय असर के लिए बीम के केंद्र के माध्यम से एक पिन का उपयोग था, जो रोमन लोगों द्वारा मसीह के समय के बारे में पेश किया गया था। 18 वीं शताब्दी में चाकू-किनारों के आविष्कार ने आधुनिक यांत्रिक संतुलन का विकास किया। 19 वीं शताब्दी के अंत तक दुनिया के सबसे सटीक प्रकार के मापने वाले उपकरणों में से एक यूरोप में संतुलन विकसित हो गया था। 20 वीं शताब्दी में, यांत्रिक विक्षेपण के बजाय विद्युत क्षतिपूर्ति के आधार पर, इलेक्ट्रॉनिक संतुलन विकसित किया गया था।

यांत्रिक संतुलन में अनिवार्य रूप से एक कठोर बीम होता है, जो एक पूर्ण केंद्रीय चाकू-धार पर एक फुलक्रम के रूप में होता है और केंद्र से समानांतर और समांतर दो छोर चाकू होता है। तौले जाने वाले भार को बेयरिंग से लटकाए गए पैन पर समर्थित किया जाता है। सर्वोत्तम डिजाइन के लिए, दो या अधिक अतिरिक्त चाकू-छोर अंत असर और पैन के बीच स्थित हैं, एक विमान की झुकाव को रोकने के लिए और दूसरा चाकू के छोर पर एक विशेष बिंदु पर लोड के केंद्र को ठीक करने के लिए। एक गिरफ्तार करने वाला तंत्र अपने बीयरिंगों से चाकू-किनारों को अलग करके लोडिंग के दौरान क्षति को रोकता है। संतुलन के विक्षेपण को बीम से जुड़े एक सूचक द्वारा और एक स्नातक स्तर पर पास होने या बीम पर एक दर्पण से प्रतिबिंब को दूर के पैमाने से दर्शाया जा सकता है।

संतुलन का उपयोग करने का सबसे स्पष्ट तरीका प्रत्यक्ष वजन के रूप में जाना जाता है। तौली जाने वाली सामग्री को एक पैन पर रखा जाता है, दूसरे पैन पर पर्याप्त ज्ञात भार के साथ ऐसा होता है कि बीम संतुलन में होगा। लोड किए गए पैन के साथ शून्य रीडिंग और रीडिंग के बीच का अंतर स्केल डिवीजनों में लोड के बीच अंतर को इंगित करता है। इस तरह के प्रत्यक्ष वजन के लिए आवश्यक है कि हथियार समान लंबाई के हों। जब असमान हथियारों से उत्पन्न त्रुटि आवश्यक परिशुद्धता से अधिक होती है, तो वजन के प्रतिस्थापन विधि का उपयोग किया जा सकता है। इस विधि में, दूसरे पर अज्ञात भार को संतुलित करने के लिए एक पैन में काउंटरपॉइंट वेट जोड़ा जाता है। फिर, ज्ञात भार को अज्ञात भार के लिए प्रतिस्थापित किया जाता है। इस विधि के लिए केवल यह आवश्यक है कि बीम की दोनों भुजाएँ वजन के दौरान समान लंबाई बनाए रखें। असमानता का कोई भी प्रभाव दोनों भारों के लिए समान होता है और इसलिए इसे समाप्त कर दिया जाता है।

एक ग्राम से कम की क्षमता वाले छोटे क्वार्ट्ज सूक्ष्मजीवों का निर्माण एक विश्वसनीयता के साथ किया गया है, जो सामान्य तौर पर तीन चाकू-किनारों के साथ धातु बीम वाले छोटे परख-प्रकार के संतुलन के साथ पाया जाता है। सूक्ष्मजीवों का उपयोग मुख्य रूप से गैसों के घनत्व को निर्धारित करने के लिए किया जाता है, विशेष रूप से केवल कम मात्रा में गैसों को प्राप्त करने के लिए। संतुलन आमतौर पर गैस-तंग चैंबर में संचालित होता है, और वजन में परिवर्तन को गैस के कारण संतुलन पर शुद्ध उछाल बल में परिवर्तन द्वारा मापा जाता है जिसमें संतुलन निलंबित होता है, गैस के दबाव को समायोज्य और मापा जाता है एक पारा मैनोमीटर संतुलन मामले से जुड़ा हुआ है।

अल्ट्रामाइक्रोब्लांस कोई भी भारित उपकरण होता है, जो छोटे नमूनों के वजन को निर्धारित करने के लिए कार्य करता है, जिसे माइक्रोब्लैंस के साथ तौला जा सकता है - यानी, कुल मात्रा एक या कुछ माइक्रोग्राम जितनी छोटी। जिन सिद्धांतों पर अल्ट्रामाइक्रोबेलेंस का सफलतापूर्वक निर्माण किया गया है, उनमें संरचनात्मक तत्वों में लोच, तरल पदार्थों में विस्थापन, विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के माध्यम से संतुलन और इनका संयोजन शामिल है। वज़न को मापने वाले द्रव्यमान द्वारा उत्पन्न प्रभावों का मापन विस्थापनों के निर्धारण के ऑप्टिकल, विद्युत और परमाणु विकिरण विधियों द्वारा किया गया है और नमूने के वज़न के कारण होने वाले विस्थापन को बहाल करने के लिए उपयोग किए जाने वाले बलों के ऑप्टिकल और विद्युत मापों द्वारा।

आधुनिक समय में पारंपरिक संतुलन की सफलता ने कुछ उपयुक्त सामग्रियों, विशेष रूप से क्वार्ट्ज फाइबर के लोचदार गुणों पर भरोसा किया है, जिनमें बहुत ताकत और लोच है और तापमान, हिस्टैरिसीस और इनैलास्टिक झुकने के प्रभावों से अपेक्षाकृत स्वतंत्र हैं। सबसे सफल और व्यावहारिक अल्ट्रामाइक्रोबलेंस एक क्वार्ट्ज फाइबर पर टोक़ को लागू करके लोड को संतुलित करने के सिद्धांत पर आधारित है। एक सरल डिजाइन एक कठोर बीम के रूप में एक कठोर फाइबर का उपयोग करता है, इसके केंद्र में एक समतल क्षैतिज क्वार्ट्ज मरोड़ फाइबर द्वारा इसे समकोण पर सील किया जाता है। बीम के प्रत्येक छोर पर एक पैन निलंबित है, एक दूसरे को प्रतिसंतुलित करता है। नमूना को एक पैन में जोड़ने के कारण बीम का विक्षेपण मरोड़ फाइबर के अंत को घुमाकर बहाल किया जाता है जब तक कि बीम फिर से अपनी क्षैतिज स्थिति में न हो और निलंबित फाइबर में मरोड़ की पूरी श्रृंखला को माप के लिए लागू किया जा सकता है लोड एक पैन में जोड़ा गया। बहाली के लिए आवश्यक मरोड़ की मात्रा मरोड़ फाइबर के अंत से जुड़ी एक डायल के माध्यम से पढ़ी जाती है। वजन ज्ञात वजन के खिलाफ संतुलन को जांचने और वजन बनाम मरोड़ के अंशांकन चार्ट से मूल्य को पढ़ने के द्वारा प्राप्त किया जाता है। प्रत्यक्ष विस्थापन संतुलन के विपरीत, जो केवल संरचनात्मक सदस्यों की लोच पर निर्भर करता है, मरोड़ संतुलन गुरुत्वाकर्षण को लोड के सबसे बड़े घटक, यानी, पैंस को संतुलित करने की अनुमति देता है और इसके परिणामस्वरूप बहुत अधिक भार क्षमता बढ़ जाती है।

20 वीं शताब्दी के उत्तरार्ध के संतुलन आमतौर पर यांत्रिक संतुलन की तुलना में इलेक्ट्रॉनिक और कहीं अधिक सटीक थे। एक स्कैनर ने एम्पलीफायर के माध्यम से और संभवतः एक कंप्यूटर के माध्यम से ऑब्जेक्ट को पकड़े जाने वाले पैन के विस्थापन को मापा और वर्तमान को उत्पन्न किया, जिससे पैन को शून्य स्थिति में लौटा दिया गया। माप डिजिटल स्क्रीन या प्रिंटआउट पर पढ़े गए थे। इलेक्ट्रॉनिक वजन प्रणाली न केवल कुल द्रव्यमान को मापती है, बल्कि औसत वजन और नमी सामग्री जैसी विशेषताओं को भी निर्धारित कर सकती है।