Equilibrio, strumento per confrontare i pesi di due corpi, di solito a fini scientifici, per determinare la differenza di massa (o peso).
L'invenzione dell'equilibrio del braccio uguale risale almeno al tempo degli antichi egizi, probabilmente già nel 5000 a.C. Nei primi tipi, la trave era sostenuta al centro e le pentole erano appese alle estremità da corde. Un successivo miglioramento del design fu l'uso di un perno attraverso il centro della trave per il cuscinetto centrale, introdotto dai romani all'epoca di Cristo. L'invenzione dei bordi dei coltelli nel XVIII secolo portò allo sviluppo del moderno equilibrio meccanico. Alla fine del 19 ° secolo, la bilancia si era sviluppata in Europa in uno dei tipi di dispositivi di misurazione più precisi al mondo. Nel 20 ° secolo, furono sviluppate bilance elettroniche, a seconda della compensazione elettrica piuttosto che della deflessione meccanica.
L'equilibrio meccanico è costituito essenzialmente da una trave rigida che oscilla su un bordo del coltello centrale orizzontale come un fulcro e presenta i due bordi del coltello paralleli ed equidistanti dal centro. I carichi da pesare sono supportati su pentole appese ai cuscinetti. Per una progettazione ottimale, due o più bordi del coltello aggiuntivi si trovano tra il cuscinetto di estremità e il piatto, uno per impedire l'inclinazione del piano e un altro per fissare il centro di carico in un punto particolare sul bordo del coltello di estremità. Un meccanismo di arresto previene i danni durante il carico separando i bordi dei coltelli dai loro cuscinetti. La deflessione della bilancia può essere indicata da un puntatore attaccato al raggio e che passa su una scala graduata o mediante riflessione da uno specchio sul raggio a una scala distante.
Il metodo più ovvio per utilizzare una bilancia è noto come pesatura diretta. Il materiale da pesare viene posto su una padella, con pesi noti sufficienti sull'altra padella in modo tale che il raggio sia in equilibrio. La differenza tra la lettura zero e la lettura con le pentole caricate indica la differenza tra i carichi nelle divisioni della scala. Una pesatura così diretta richiede che i bracci siano della stessa lunghezza. Quando l'errore risultante da bracci disuguali è maggiore della precisione richiesta, è possibile utilizzare il metodo di sostituzione della pesatura. In questo metodo, i contrappesi vengono aggiunti a una padella per bilanciare il carico sconosciuto sull'altra. Quindi, i pesi noti vengono sostituiti con il carico sconosciuto. Questo metodo richiede solo che i due bracci del raggio mantengano le stesse lunghezze durante la pesatura. Qualsiasi effetto di disuguaglianza è lo stesso per entrambi i carichi ed è quindi eliminato.
Piccoli microbilanci al quarzo con capacità inferiori a un grammo sono stati costruiti con un'affidabilità molto maggiore di quella che si trova normalmente con piccoli equilibri di tipo a dosaggio aventi una trave metallica con tre bordi del coltello. I microbilanci vengono utilizzati principalmente per determinare la densità dei gas, in particolare dei gas ottenibili solo in piccole quantità. La bilancia di solito funziona in una camera a tenuta di gas e una variazione di peso viene misurata dalla variazione della forza di galleggiamento netta sulla bilancia a causa del gas in cui la bilancia è sospesa, la pressione del gas essendo regolabile e misurata da un manometro a mercurio collegato alla bilancia.
L'ultramicrobalance è qualsiasi dispositivo di pesatura che serve a determinare il peso di campioni più piccoli di quelli che possono essere pesati con il microbilanciamento, ovvero quantità totali di uno o pochi microgrammi. I principi su cui gli ultramicrobilanci sono stati costruiti con successo comprendono l'elasticità negli elementi strutturali, lo spostamento nei fluidi, l'equilibrio mediante campi elettrici e magnetici e combinazioni di questi. La misurazione degli effetti prodotti dalle masse minime pesate è stata effettuata mediante metodi di radiazione ottica, elettrica e nucleare per determinare gli spostamenti e misurazioni ottiche ed elettriche delle forze utilizzate per ripristinare uno spostamento causato dal campione pesato.
Il successo degli equilibri tradizionali nei tempi moderni si è basato sulle proprietà elastiche di alcuni materiali adatti, in particolare le fibre di quarzo, che hanno una grande resistenza ed elasticità e sono relativamente indipendenti dagli effetti di temperatura, isteresi e flessione anelastica. Gli ultramicrobilanci più efficaci e di successo si basano sul principio di bilanciamento del carico applicando la coppia su una fibra di quarzo. Un design semplice utilizza una fibra rigida come una trave orizzontale, sostenuta al centro da una fibra di torsione al quarzo orizzontale allungata sigillata ad essa ad angolo retto. Ad ogni estremità della trave è sospesa una padella, una controbilanciata l'altra. La deflessione del raggio causata dall'aggiunta del campione a una pentola viene ripristinata ruotando l'estremità della fibra di torsione fino a quando il raggio non si trova di nuovo nella sua posizione orizzontale e l'intero intervallo di torsione nella fibra di sospensione può essere applicato alla misurazione del carico aggiunto a una padella. La quantità di torsione necessaria per il restauro viene letta per mezzo di un quadrante attaccato all'estremità della fibra di torsione. Il peso si ottiene calibrando la bilancia rispetto ai pesi noti e leggendo il valore dalla tabella di calibrazione del peso rispetto alla torsione. A differenza delle bilance a spostamento diretto che si basano solo sull'elasticità degli elementi strutturali, la bilancia a torsione consente alla gravità di bilanciare il componente più grande del carico, ovvero le pentole, e si traduce in una capacità di carico notevolmente maggiore.
Le bilance della fine del XX secolo erano generalmente elettroniche e molto più accurate delle bilance meccaniche. Uno scanner ha misurato lo spostamento della vaschetta che contiene l'oggetto da pesare e, tramite un amplificatore e possibilmente un computer, ha generato una corrente che ha riportato la vaschetta nella sua posizione zero. Le misure sono state lette su uno schermo digitale o sulla stampa. I sistemi di pesatura elettronici non solo misurano la massa totale, ma possono anche determinare caratteristiche come il peso medio e il contenuto di umidità.
