همان طور که می دانیم ترازو وسیله ای ست که وزن را اندازه می گیرد. و وزن هم نیروی جاذبه ای ست که به ماده یا جسم وارد می شود. وزن كردن يك مرحله حياتي در هر آزمايشگاه تحقیقاتی و در بسیاری از روش‌هاي آنالیزی است. خطا و در نتیجه عدم قطعیت در وزن کردن يكي از پارامترهای در خطای و عدم قطعيت كلي يك آناليز مي‌باشد و نتایج آن ممکن است در رد یا قبول نتایج یک آزمایش تاثیر زیادی بگذارد. از آنجایی که امروزه در اکثر آزمایشگاه‌ها از ترازوهای الکترونیکی و به ویژه از ترازوی آنالیتیکی (Analytical Balance) استفاده می‌شود، بحث ما فقط منوط به ترازوهای الکترونیکی می‌گردد.
ترازوی آنالیتیکی
از نظر روش اندازه گیری، وزن ترازوها به طور کلی به دو دسته ترازوهای مکانیکی و الکترونیکی تقسیم می شوند. امروزه برای بیشتر کاربردها از ترازوهای دیجیتال استفاده می شود.
ترازوها از نظر میزان دقت در اندازه گیری وزن نیز تقسیم بندی می شود. درجه تفکیک (Resolution) یک ترازو نشان دهنده توانایی ترازو در خواندن تعداد ارقام اعشار بعد از نقطه اعشار در خواندن وزن است. هر چه درجه تفکیک یک ترازو بیشتر باشد، یعنی توانایی بالاتری در خواندن وزن های کم و بسیار کم دارد. جدول 1 انوع ترازو بر اساس درجه تفکیک را فهرست کرده است. توجه کنید که هرچه درجه تفکیک یک ترازو بیشتر باشد قیمت آن بسیار بالاتر خواهد بود و شرایط نگهداری آن نیز سخت تر خواهد شد. بنابراین بیشتر آزمایشگاه ها و مراکز تحقیقاتی از ترازوی آنالیتیکی استفاده می کنند.
جدول 1- انواع ترازو بر اساس درجه تفکیک
| نوع ترازو | تفکیک | رقم اعشار |
| ترازوی اولترا میکرو (Ultra-microbalances) | 0.1µg | 0.0000001 |
| ترازوی میکرو (Microbalances) | 1µg | 0.000001 |
| ترازوی نیمه میکرو (Semi-microbalances) | 0.01mg | 0.00001 |
| ترازوی آنالیتیکی (Analytical balances) | 0.1mg | 0.0001 |
| ترازوی دقیق (Precision balances) | 1g-1mg | 1g-1mg |
ترازوی آنالیتیکی (Analytical Balance) متداول ترین ترازو در آزمایشگاه های آنالیزی و کنترل کیفی است. همان طور که از جدول 1 مشخص است، ترازوی آنالیتیکی درجه تفکیک 0.1mg یا 0.0001 یا چهار رقم بعد اعشار را دارد.
ترازوی آنالیتیکی وسیله حساسی است که حتی جریان هوا بر دقت اندازه گیری آن تاثیر می گذارد، بنابراین همیشه دارای یک محفظه شیشه ای هستند. شکل 1 یک ترازوی آنالیتیکی دیجیتال و وزنه های استانداردی که برای کالیبراسیون آن استفاده می شود را نشان می دهد.
شکل 1- یک ترازوی آنالیتیکی دیجیتال و وزنه های استاندارد
نگهداری ترازو
ترازو یک وسیله حساس است که نیاز به مراقبت و نگهداری دارد. ضمن این که شرایط نگهداری آن هم باید رعایت گردد. در بسیاری از آزمایشگاه ها فضای مجزایی به عنوان اتاق ترازو، که شرایط نگهداری ترازو در آن رعایت می گردد، اختصاص می یابد.
جایی که ترازو قرار دارد باید به دور از شرایط زیر باشد:
- نوسانات و ارتعاشات: ضربه زدن، انداختن، جا به جایی بدون احتیاط
- وزش هوا: ترازو نباید کنار فن یا پنجره و یا در مقابل خروجی کولر قرار نداشته باشد.
- تغییرات دمایی: دما باید ثابت باشد. تغییرات دمایی نباید بیشتر از 5oc در ساعت باشد.
- اثرات الکتریکی و مغناطیسی: به دلیل این که بیشتر ترازوهای بسیار حساس موتور الکترومغناطیسی دارند، حضور میدان های مغناطیسی سبب نادرستی توزین خواهد شد.
- گرد و غبار
- رطوبت شدید: رطوبت شدید هوای اطراف ترازو و یا ریختن مایعات بر روی ترازو
صحت و دقت نتایج وزنی
اثراتی که بر روی صحت و دقت نتایج وزنی تاثیر می‌گذارند را می تواند به سه نوع تقسیم شوند:
نوع اول: اثراتی است که از خود ترازو ناشی می شوند. این اثرات مستقل از جرم اندازه گیری شده هستند و نشان دهنده ویژگی های خود ترازو هستند. مثل: خوانایی یا توانایی خواندن (Readability)، تکرارپذیری (Repeatability)، غیر خطی بودن (Non-linearity)، حساسیت (sensitivity) و ضریب دمایی.
نوع دوم: اثراتی است که توسط محیط ایجاد می‌شوند مثل رطوبت هوا، دما و فشار هوا، پرتوهای گرمایی و نور مستقیم خورشید.
نوع سوم: اثراتی هستند که بر روی جسم مورد اندازه‌گیری تاثیر می گذارند مثل اثر سبکسازی هوا (Air Buoyancy)، بارگذاری (Loading) نمونه روی صفحه ترازو، اپراتور یا شخصی که با ترازو کار می‌کند و غیره.
خوانایی
خوانایی یا توانایی خواندن (Readability)، مقیاسی از توانایی دستگاه در نشان دادن تغییرات جزئی در مقادیر خروجی ( قرائت شده) است.
تکرار پذیری
تکرارپذیری (Repeatability) تغییرات اندازه‌گیری‌های انجام شده توسط یک شخص یا یک دستگاه را روی یک پارامتر ویژه و تحت شرایط یکسان است. انحراف نتایج وقتی که یک جسم تحت شرایط تکرار پذیر وزن می‌شود، به قدرت مدار الکترونیکی ترازو، جریان هوا در اتاق ترازو ( مخصوصا برای ترازوهاي با دقت کمتر از mg 1)، ارتعاشات روی سطحی که ترازو روی آن قرار گرفته است، اختلاف دمایی و نوسانات فشار هوای اتاق ترازو بستگي دارد.
غیر خطی بودن
در یک ترازوی ایده آل رابطه ای کاملا خطی (Y=X) بین مقادیر بارگذاری شده روی صفحه ترازو و مقادیر قرائت شده نشان می‌دهد. خطی بودن در واقع نشان می دهد كه منحنی کالیبراسیون توصیفی (Characterization calibration curve) یک ترازو چقدر از شیب خطی که به طریق تئوری رسم می شود، انحراف دارد. یا در واقع میزان غیر خطی بودن (Non-Linearity) ترازو جقدر است.
بارگذاری خارج از مرکز
بارگذاری خارج از مرکز (Eccentric load) که به اسم “خطای بارگذاری غیر مرکز” (Off center load error) و یا خطای موقعیت در صفحه “Pan position error” هم خوانده می‌شود، به صورت تغییرات در قرائت ترازو وقتی که یک شئ را در موقعیت‌های مختلف صفحه ترازو قرار دهیم، تعریف می‌شود.
صحت حساسیت
صحت حساسیت (Sensitivity Accuracy) با میزان خطای مجاز یا صحت وزن‌های کالیبراسیون، اثر سبک سازی هوا بر روی اوزان کالیبراسیون، تفاوت‌های دمایی ناگهانی در اتاق ترازو، ناپایداری سطحی که ترازو روی آن قراردارد و یا شوک‌های مکانیکی وارد به ترازو، ایجاد می‌شود.
حساسیت نسبت تغییرات مقدار قرائت شده توسط ترازو به تغییرات جرم‌های بارگذاری شده روی صفحه ترازوست. اگر یک ترازو دیجیتالی به درستي تنظیم شده باشد، حساسیت باید همیشه برابر با یک باشد.
ضریب دمایی
ضریب دمایی (Temperature coefficient) تغییر نسبی یک خاصیت فیزیکی است وقتی که دما یک درجه کلوین تغییر می کند. ترنسدیوسر ترازو ممکن است به دما حساس باشد. نسبت وزن قرائت شده به تغییرات دما نشان دهنده ضریب دمایی است.
سبکسازی هوا
نیرویی که سیال به جسم غوطه ور در خودش وارد می کند، نیروی شناوری (buoyant force) نامیده می شود. نیروی شناوری از اختلاف نیروهای بالا برنده و نیروهای پایین برنده جسم غوطه ور به دست می آید. همان طور که می دانیم اختلاف فشار هوا سبب یک نیروی شناور رو به بالا در هوای اطراف ما می شود که به اثر سبکسازی هوا (Air buoyancy) شناخته می شود. از آنجایی که ما در دریایی از هوای اطراف خود قرار داریم، اثر شناوری بر ما و همه اجسام دیگر وجود دارد اما این نیرو بسیار کوچک است و معمولا در نظر گرفته نمی شود.
برای آشنایی بیشتر با پارامترهای تاثیرگذار بر نتایج یک ترازوی آنالیتیکی نحوه محاسبه آنها و همین طور محاسبه عدم قطعیت هر کدام بر نتایج توزین مقاله زیر توصیه می شود.
