ترازوی آزمایشگاهی ( Balance ) دستگاه آزمایشگاهی است که وزن جسم یا ماده مورد نظر را اندازه گیری می کند . کلمه Balance از لغت لاتین «BilanX» به معنای داشتن دو کفه گرفته شده است . امروزه ترازوی دیجیتال آزمایشگاهی
دارای یک کفه و کاملا الکترونیکی بوده و غالبا دارای مسیری خروجی برای اتصال به رایانه می باشد. در آزمایشگاه های مجهزتر ترازو ها به کامپیوتر متصل هستند .

انواع ترازو آزمایشگاهی

در حال حاضر دو گروه بزرگ از ترازوی آزمایشگاهی در آزمایشگاه ها کاربرد دارند :

1. ترازو های مکانیکی ( معمولی )
2.  ترازو های الکترونیکی

ترازو مکانیکی آزمایشگاهی

ساده ترین شکل ترازو های مکانیکی از یک محور افقی متقارن که به آن شاهین ( Balance Bean) گویند و دو کفه که از انتهای این محور آویزان شده اند تشکیل گشته اند مرکز این محور روی یک محور عمودی قرار می گیرد . شیئی که قرار است وزن آن تعیین شود در یک کفه قرار گرفته و در کفه دیگر وزنه های مشخص به اندازه ای قرار داده می شوند که دو کفه به حالت تعادل درآیند . به این گونه ترازو ها «Substitution Balance» هستند که اولین بار توسط کمپانی «Mettler» ابداع گردید . این ترازو های دارای یک محور افقی می باشند که در یک انتهای آن کفه و یک «Holding Rack» شامل یک سری از وزنه ها قرار داشته و در انتهای دیگر وزنه ای قرار دارد که کفه را بالانس می کند . و انواع آن های یک کفه ای «Substitution» به دو صورت با کفه آویزان «Hanging Pan » و کفه بالا «Top Loading» از چندین سال قبل ساخته شده ، ولی امروزه با ابداع ترازو های الکترونیکی تولید این ترازو ها توسط کمپانی های بزرگ متوقف شده است . با این وجود این ترازو ها در ازمایشگاه ها همچنان کاربرد دارند.

ترازو الکترونیکی آزمایشگاهی

اساس کار این ترازو ها بر جبران نیروی الکترومغناطیسی استوار است . هر ترازوی الکترونیکی یا الکترومکانیکال دارای سه قسمت اساسی می باشد که عبارتند از :

1.  محل قرار دادن شیئی که باید وزن شود (Load Receiver)
2.  مولد وزن (Load Transducer)
3.  پردازشگر

هر کدام ار بخش های مذکور وظایف خاص خود را دارند .
شیئی که قرار است وزن شود فشاری (p) را روی کفه دستگاه وارد می کند . این کفه و اهرمی که آن را در جای خود ثابت ساخته ( Load-Receiving) نام دارد. عمل اصلی این قسمت تبدیل فشار (p) به سیگنال فشار (F) است .در زیر Load-Receiving  یک سلول حساس وجود دارد که نیروی F را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند . به این قسمت (Load Cell) یا ( Transducer) گویند.
سیگنال ارسال شده از Transducer وارد پردازشگر شده ، در مدارهای آنالوگ و دیجیتال پردازش گشته و خروجی آن بر روی صفحه نمایشگر به صورت وزن شیئی نمایش داده می شود.
در یک ترازوی آزمایشگاهی هر سه قسمت مذکور در درون یک واحد قرار می گیرند.
به طور کلی مهم ترین خصوصیت یک ابزار اندازه گیری از نقطه نظر تکنیکی اصول فیزیکی است که دستگاه بر اساس آن کار می کند . بنابراین ترازو ها به دو گروه مکانیکی  و الکترومکانیکی ( که اصطلاحا به آنها الکترونیکی می گویند ) تقسیم می شوند .

کلاس بندی ترازو آزمایشگاهی

ترازو ها را می توان بر اساس ضوابط اصول اندازه گیری ، طراحی و محدوده اندازه گیری نیز طبقه بندی کرد. ترازوی حساس آزمایشگاهی را می توان به صورت زیر طبقه بندی نمود :

کلاس۱ از نوع Ultra Microbalance : تقسیم بندی ترازوی آزمایشگاهی (d) در حد ۰/۰۰۰۰۰۰۱g بوده و حداکثر وزن قابل اندازه گیری ۳gr است.
کلاس۱ از نوع Microbalance : تقسیم بندی ترازوی آزمایشگاهی (d) در حد ۰/۰۰۰۰۰۱g بوده و حداکثر وزن قابل اندازه گیری ۳ gr است.
کلاس ۱ از نوع  MicrobalanceSemi: d در حد ۰/۰۰۰۰۱g بوده و حداکثر وزن قابل اندازه گیری ۳۰gr است .
کلاس۱ از نوع Precision balance : d در حد ۰/۰۰۰۱g بوده و حداکثر وزن اندازه گیری ۲۰۰gr است .
کلاس ۱۱ از نوع Macroanalytical balance : d درحد ۰/۰۰۱ تا ۱g بوده و حداکثر وزن قابل اندازه گیری ۶۰-۱۰۰gr است.
در این طبقه بندی بر اساس محدوده اندازه گیری دو پارامتر اهمیت بیشتری دارند که عبارتند از : حداکثر وزن قابل اندازه گیری که با Max نشان داده می شود و تقسیمات عقربه ترازوی آزمایشگاهی که نشان دهنده عددی است که با d نشان داده خواهد شد .
تعداد تقسیماتی که با n نشان داده می شود از رابطه Max/d  بدست آمده و به آن قدرت تفکیک یا resolution) ) می گویند . عدد n برای مقایسه عملکرد ترازو ها مفید است . برای مثال یک ترازوی آنالیتیکی با مشخصات (d=0/00019  و ۲۰۰g==Max ) دارای n=2000/000 می باشد در حالی که یک ترازوی سوپر مارکت با مشخصات (d=0/1 1b و Max=301b ) دارای n=3000 است.
تفاوت بین کلاس ۱ و ۱۱ بر اساس خصوصیات اندازه گیری و طراحی ترازوها می باشد . ترازوهای کلاس ۱ که به آنها ترازو های آنالتیکال می گویند دارای یک محفظه بسته می باشند که در دو طرف دارای درب های شیشه ای بوده و اندازه گیری در آنجا انجام می شود.
اکنون به بررسی چند نوع از ترازو آزمایشگاهی می پردازیم.

میکرو و اولترا میکرو ترازو آزمایشگاهی Micro-and Ultra Microbalances

با مشخصاتی به صورت d=1µg و d=0/1µg معرفی می شوند . نکته قابل توجه در مورد این ترازو ها حساسیت زیاد آنها در مقابل گرما است . ترازوی آزمایشگاهی مدل Mettlerun3 دارای در و دیواره دو جداره بوده و علاوه بر آن در جلو نیز دارای یک شیشه محافظ است . مدارهای الکترونیکی دستگاه در محفظه های جداگانه در جلو و عقب دستگاه قرار دارند . در مدل M3 مقدار نیروی جبرانی الکترو مغناطیسی ۱۵۰mg و در مدل UM3 این مقدار ۱۵mg می باشد.

ترازوی متلر Mettler AE163

ترازویی با محدوده دوگانه می باشد که توانایی توزین شیئی به وزن حداکثر ۳ گرم را داشته و تقسیمات آن به صورت ۰/۰۰۰۰۱g است. این ترازوی آزمایشگاهی دارای مشخصه کامل یک ترازوی Semi Microbalance یا Macro  می باشد که در حال حاضر توسط چند کمپانی ساخته می شود . مشخصات این ترازوی آزمایشگاهیعبارت است از :
کفه ثابت شده که در یک محفظه شیشه ای قرار داشته و از سه طرف با استفاده از درب های شیشه ای می توان به آن دسترسی داشت . سنسور ، مدارات الکترونیکی و سایر قسمت های مکانیکی در جعبه پشت قرار گرفته اند . صفحه نمایش و کلیدها در قسمت پایین و جلوی دستگاه به صورت مایل قرار دارند.
یکی از مشخصه های ترازو های آنالیتیکال داشتن برنامه کالیبراسیون است. در هر بار که ترازوی آزمایشگاهی روشن می شود ابتدا به طور خودکار کالیبره گشته ، این عمل توسط قسمت میکروپروسسور صورت می پذیرد .

ترازو Top Loading

این ترازو ها که دارای تقسیم بندی های ۰۰۱/۰ ، ۰۱/۰ و ۱/۰ گرم هستند رایج ترین ترازو ها در آزمایشگاه ها می باشند . ترازوی Mettler PM200 نمونه مشخصی از این نوع ترازو ها است . کفه ترازوی آزمایشگاهی معمولاً در روی دستگاه قرار داشته و اگرچه محفظه ای  ندارد ، ولی برای مدل های حساس (۰۰۱/۰ و ۰۱/۰ گرم ) ممکن نیست یک محافظ جدا سفارش داده شود . صفحه نمایش و کلید جلوی دستگاه قرار دارند.
ترازو های دقیق صنعتی ترازو های کلاس  ۱۱ هستند که ظرفیت توزین آنها از ۵۰ کیلوگرم تا چندین تن متغیر است . به همین دلیل صفحه توزین ( صفحه ای که شیئی روی آن قرار می گیرد ) از بقیه قسمت های ترازو آزمایشگاهی جدا می باشد . نیروی وزن از طریق چند اهرم به سنسور توزین منتقل می شود . صرف نظر از وزن شیئی و ظرفیت ترازو ، نیروی وارد شده به صفحه توزین توسط اهرم های متعدد به حدود چندین گرم کاهش می یابد . این ترازوها نیز با مکانیسم نیروی جبرانی الکترومغناطیسی کار می کنند.
خصوصیات اصلی یک ترازوی آزمایشگاهی عبارتند از پایدار بودن نتایج ، تکرار پذیری و خط بودن نتایج ، به طورکلی مقدار مجاز خطا در توزین بوسیله یک ترازوی آزمایشگاهی ، توسط سازندگان آن ارائه می شود .
تکرار پذیری یا دقت عبارتست از انحراف معیار نتایج توزین سریال وزنه هایی با یک وزن مشخص . قبل از هربار وزن کردن باید ترازو را صفر کرد . خطاهای ناش از حرارت ، خطاهایی هستند که بر کالیبراسیون ترازوی آزمایشگاهی تأثیر می گذارند . در مورد بیشتر ترازو ها شرایط دمای اتاق برای توزین صحیح و دقیق کفایت می کند.

نحوه نگه داری از ترازو

دو عامل مهمی که در نگه داری ترازو ها مؤثر هستند ، عبارتند از تمیز نگه داشتن ترازوی آزمایشگاهی و خودداری از وارد نمودن نوسانات بیش از حد به آن . ترازوی آزمایشگاهی باید روی سطحی قرار گیرد که ارتعاشات زمینه بر عمل توزین تأثیر نگذارد .
در مورد ترازو های الکترونیکی از بکار بردن ، محلول های پاک کننده که به دستگاه صدمه می زنند خودداری شود . برای تمیز کردن ، با یک تکه پارچه آغشته به مابع پاک کننده معمولی ، ترازوی آزمایشگاهی را تمیز کرده و با پارچه خشک دیگر آن را خشک نمائید.

کنترل کیفیت

ترازوی آزمایشگاهی باید سالی دوبار کنترل شود .

•    کنترل صحت : برای این کار می توان از وزنه های کالیبراسیون استفاده نمود . به این ترتیب که به طور مثال برای ترازو های مکانیکال ، وزنه های مشخصی را بر روی کفه ترازوی آزمایشگاهی قرار داده و مشاهده کنیم که آیا با وزن واقعی مطابقت دارد یا خیر؟ این عمل را باید با استفاده از فرمول میزان عدم صحت کنترل کنیم . حداکثر میزان عدم صحت مجاز ۱/۰ % است.
  باید توجه نمود که خطای ثابت در مقادیر کم از اهمیت بیشتری برخوردار است تا در وزن های زیاد.
•   کنترل کیفیت ترازو های الکترونیکی شبیه ترازوی مکانیکی است.
•   کنترل دقت : وزنه های فوق به طور مکرر ( ده بار ) توزین گشته و میانگین ، انحراف معیار و ضریب انحراف محاسبه گردیده ، بدین ترتیب خطای عدم دقت محاسبه و مشخص خواهد شد . در مورد ترازو های الکترونیکی دقت توزن در صورت لزوم با روش احتساب وزن خالص ( Tara ) انجام می شود.

کالیبراسیون ترازو

ترازو ها باید در فواصل زمانی مناسب ( معمولاً سالی یک بار ) و هر بار قبل از انجام کارهای بسیاردقیق کالیبر گردند.

ایمنی در ترازوی آزمایشگاهی

پس از اتمام کار با ترازوی الکترونیکی دو شاخه از پریز برق جدا و روکش آن کشیده شود . همچنین برای اتصال به برق نیز فقط باید از آداپتور ( AC خود دستگاه استفاده گردد . در مورد ترازو های مکانیکی پایین آوردن سریع کفه ترازو با عوض کردن وزنه ها هنگامی که ترازوی آزمایشگاهی قفل نیست ، بر عملکرد صحیح ترازوی آزمایشگاهی اثر تداخلی نامطلوب خواهد داشت.