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授科精選—不水平對稱重的影響
2016/12/6
 
  


我們經常聽到客戶來問,他們的地板不水平,這對他們的稱重讀數會不會有影響?秤的設計,總是假定負載力與重力方向平行,與稱重平臺垂直,也就是說,只存在一個垂直的力。而不水平的秤會導致產生一個水平力,從而影響到重量讀數。一般的經驗法則是,如果在工業應用中,只要秤的四支腳都接觸到地面上了,結果就在允差范圍內。但是我們不僅想要“一般經驗法則”,我們想要知道確切的斜坡引起的影響究竟有多大。那么用下面的一系列公式,我們就能精確的從數學上給出不水平造成的影響。


首先,我們來溫習一下三角函數的幾個定義。第一個是反正切函數(arctg)。由于反正切函數的定義為求已知對邊和鄰邊的角度值,剛好可以視為直角坐標系的x座標與y座標,根據斜率的定義,反正切函數可以用來求出平面上已知斜率的直線與座標軸的夾角。第二個是余弦函數(cos)。余弦定律用于在一個三角形的兩個邊和一個角已知時確定未知的數據。

大家是不是越看越糊涂?我們一起來往下看個例子。
譬如你有個500 kg的砝碼,放在一臺水平的秤上,沒有技術誤差的話,結果應該就是500 kg。現在,如果這臺秤放在有著斜度的地板上,每1,000 mm有10 mm的升高:




那這個斜率就是10/1000或者說1/100,也就是0.01。現在,我們知道了兩條邊,就可以用反正切(arctg)來計算角度。0.01乘以arctg(如果你的計算器沒有arctg,可以使用tg的倒數),得到的結果四舍五入后是0.57,這就是這個斜坡的角度度數。
知道了這個角度又有什么用呢?我們再往下看,W代表實際的重量,例子中就是500 kg。這也可以當作為這一邊,也就是斜邊的“長度”。A代表相鄰邊的長度,也是在此角度下所顯示出來的長度。我們已經知道這個角度α=0.57度。那么如上所說,我們知道斜邊和角度,我們就可以得出相鄰邊的長度,500 x cos(0.57) = 500 x 0.99995, = 499.975. 因此,A=499.975就是顯示出來的重量。






這個圖也可以表示成下面這個樣子:




那么,取決于不同的應用,就可以造成不同的影響。我們還是來看一個精密的應用來作為例子吧。
假設我們現在要在一臺0.001 g的秤上稱量一種昂貴的物質,要求增量500 g。秤在校正時已經經過水平,但是現在,放置秤的地面中央,又放了一個20 t的箱子。于是,現在地面變得不水平了,而秤沒有經過調整,當然秤盤也不水平了。新的斜度是每1,000 mm有了4 mm的傾斜。那么首先,我們來找出這個角度。知道了對邊和底邊,我們使用arctg公式:
4/1000 = 0.004
Arctg (0.004) = 0.2292 (度)




現在我們有了傾斜角度,就可以用于下一個等式中:





我們知道了斜邊值W是500 g,角度α是0.2292。我們也知道了斜邊和角度已知的情況下,我們使用余弦公式,也就是A = W x Cos α。那么Cos α = 0.999991,等式就變成了A=500 x 0.999991 = A = 499.9955,或者說,實際顯示重量少了0.0045 g。



根據被稱量物質的價值不同,這個誤差可能造成很大的金錢損失。您可以根據您的具體稱重環境以及被稱物料,來計算非水平安放可能給您帶來的具體損失。現在,工業環境中使用的秤,也都帶有水平泡,幫助確認秤是否得到了水平安裝,甚至也有一些高端的工業秤,可帶有傾斜補償的功能。



 

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