BILANCIA

BILANCIA (VII, p. 1)

Bilancia a rapporto. - È una bilancia semplice a bracci disuguali, nella quale per l'equilibrio si deve avere:

ossia:

In una bilancia di tale specie (fig. 1) la merce da pesare e i pesi che ad essa fanno equilibrio stanno nel rapporto inverso dei rispettivi bracci di leva.

Bilance composte. - Lo scopo principale di queste bilance è di poter disporre di piatti completamente liberi in modo che il carico e lo scarico della merce possa effettuarsi senza l'intralcio delle catene o degli altri organi cui i piatti stessi sono sospesi nelle bilance ordinarie. I piatti sono pertanto collocati al disopra del giogo e ne viene impedito il rovesciamento mediante un opportuno sistema di organi ausiliarî.

La prima di tali bilance, per ordine di tempo, è la bilancia di Roberval.

Bilancia di Roberval (Gilles-Person de Roberval, matematico, nato a Roberval nel 1602 morto nel 1675, ha dato la descrizione della sua bilancia in una pubblicazione stampata nel 1670: Nouvelle manière de balance inventée par M. Roberval). - È formata (fig. 2) da un parallelogrammo articolato costituito da due leve a bracci uguali di 1° genere, uguali tra loro, collegate da aste verticali e sollecitate agli estremi da forze verticali (pesi).

In tali condizioni la bilancia funziona come una bilancia a bracci uguali; i piatti si muovono parallelamente a sé stessi, e la posizione di equilibrio è indipendente dalla posizione dei carichi, il che è condizione essenziale per qualsiasi strumento da pesare.

Se ciò è vero in teoria, in pratica le cose sono più complicate, perché non potendosi porre in O ed O′ cerniere capaci di resistere in qualsiasi direzione, è necessario lasciare in tali punti dei giuochi che però variano la lunghezza dei bracci secondo che i pesi vengano spostati verso l'interno o verso l'esterno.

Ciò è contrario alla condizione di cui sopra e perciò bilance di tale genere non sono ammesse in uso di commercio in diversi paesi, fra cui l'Italia e la Germania.

Ad ovviare a tale inconveniente, il giogo inferiore è stato snodato in O′, vale a dire è stato fatto di due pezzi.

Più recentemente, il principio della bilancia di Roberval, applicato in molte bilance automatiche, è stato modificato come in figura 3, portando, cioè, i due semigioghi in alto.

Bilancia decimale di Quintenz (Aloïse Quintenz di Strasburgo presentò la bilancia decimale che porta il suo nome nel 1821. A lui succedettero Rollé e Schwilgé il quale ultimo nel 1823 perfezionando lo strumento di Quintenz lo ridusse come è attualmente). - È una bilancia a rapporto per pesare carichi voluminosi, con una sola piattaforma di sostegno (fig. 4).

La condizione di equilibrio fra il carico Q collocato sulla piattaforma ed i pesi campione P posti sul piattello A è:

Perché la pesata sia indipendente dalla posizione del carico sulla piattaforma, e quindi questa si muova parallelamente a sé stessa, deve aversi:

Tale rapporto si fa = ¹/₁₀ da cui il nome di bilancia decimale.

Bilancia a sospensione inferiore o a pendolo, detta anche di Béranger (Giuseppe Béranger, nato a Prissé nel 1802, morto nel 1870. A lui si devono i maggiori perfezionamenti introdotti negli strumenti per pesare, fra i quali la bilancia a pendolo costruita nel 1847 e la stadera a bilico che portano il suo nome). - Lo schema di questa bilancia si può rappresentare come in fig. 5.

Essa funziona come una bilancia a bracci uguali. La condizione necessaria e sufficiente perché i piatti si muovano parallelamente a sé stessi, e perché la pesata sia indipendente dalla posizione dei carichi sui piatti, è che i bracci del giogo e le leve inferiori, rispettivamente uguali tra loro, siano divisi nello stesso rapporto. Vale a dire che si abbia:

Bilancia automatica. - Il principio fondamentale sul quale sono basati gli odierni strumenti automatici per pesare è quello di una massa pendolare Q girevole intorno ad un asse O, collegata mediante un tirante rigido o nastro flessibile ad uno strumento per pesare ordinario, oppure sollecitata direttamente dal carico P quando invece di uno strumento a carico appoggiato su una piattaforma si tratti di uno strumento a carico sospeso ad un gancio.

Al braccio della massa pendolare è collegato rigidamente un indice che ruota davanti a una graduazione circolare.

Con l'aumentare del carico aumenta l'angolo di inclinazione della massa e quindi dell'indice. È da osservare però che non si ha proporzionalità tra l'aumento del peso e l'angolo di rotazione, ma tra il peso e una funzione trigonometrica dell'angolo stesso che nello schema qui rappresentato (figura 6) è la tangente. Ne consegue una differente ampiezza delle suddivisioni sul quadrante di lettura per uguali incrementi di P, differenza che, data la piccola ampiezza dell'angolo di rotazione, può essere entro certi limiti, tollerata nelle bilance in uso nel commercio, come lo è difatti in alcuni tipi ammessi in Italia.

Quando però le suddivisioni si vogliano di eguale ampiezza per tutto il quadrante è necessario terminare il braccio di carico con una curva di profilo speciale sul quale si va ad adagiare il tirante di sottile e flessibilissimo nastro di acciaio (fig. 7).

La specie di tale curva rettificatrice varia secondo il tipo della massa pendolare adottata e il modo come viene sollecitata. Nelle bilance di più recente costruzione tale curva rettificatrice è, per semplicità di costruzione e di aggiustamento, sostituita da un eccentrico che, nei limiti di rotazione della massa pendolare, ad essa corrisponde.

Se l'indicazione massima del quadrante è uguale alla portata per la quale lo strumento è costruito, la bilancia ha il solo piatto per la merce ed è pertanto completamente automatica. Se invece l'indicazione massima del quadrante corrisponde a una frazione della portata, la bilancia è munita di due piatti, uno per la merce e l'altro per i pesi campioni necessarî per raggiungere la portata massima.

In generale l'indicazione massima del quadrante è uguale ad 1 kg.: se la portata della bilancia è, per esempio, di 10 kg., il quadrante serve esclusivamente a indicare le frazioni di kg., mentre il numero dei chilogrammi interi è dato dai pesi campioni posti sul piatto. In alcuni tipi di bilance, i pesi legali sono sostituiti da masse aggiuntive collocate nell'interno della bilancia e comandate dall'esterno: in tal caso la bilancia è munita di un solo piatto. pur rimanendo del tipo semi-automatico come quella a due piattì prima considerata.

Bilancia di precisione. - Sotto questo nome si comprendono bilance che servono a scopi diversi: determinazione di pesi anche rilevanti con grande approssimazione (in alcuni strumenti si può arrivare a

del carico); oppure determinazione di pesi piccolissimi per i quali il principio della leva applicato nelle prime è insufficiente.

Il principio costruttivo delle bilance del primo tipo è lo stesso di quello delle bilance semplici, con la differenza però che devono essere spinti al massimo grado tutti quegli accorgimenti che servono a rendere massime le doti della bilancia (sensibilità, esattezza, giustezza) e minimi gl'inevitabili errori strumentali.

Come esempio di bilancia di precisione di grandi dimensioni e di grande portata si può citare la bilancia della portata di 50 kg. per piatto posseduta dal Laboratorio centrale metrico di Roma, progettata, costruita e studiata in quell'istituto.

Una delle caratteristiche principali di tale strumento è che, in considerazione del carico rilevante che si deve collocare sui piatti, i piatti stessi possono, con comandi esterni e senza toccare alcun organo della bilancia, essere distaccati dalle rispettive attinenze e portati fuori della custodia dello strumento rimanendo appoggiati su solida base. Caricati e centrati i pesi sui piatti, questi con manovra inversa vengono riportati nell'interno della custodia sopra le proprie attinenze dalle quali rimangono però sempre distaccati gravando su appositi colonnini fissati alla base. In tale posizione di riposo le trutine (staffe di collegamento delle attinenze ai coltelli del giogo) appoggiano su appositi sostegni in modo da non gravare sui corrispondenti coltelli; contemporaneamente il coltello centrale (asse di rotazione) è distaccato dal relativo cuscinetto (piano di appoggio) mediante una forcella che prendendo il giogo agli estremi lo tiene sollevato. Un unico comando centrale a volantino permette di abbassare i colonnini di sostegno dei piatti fino a che questi, con i pesi sovrapposti, si adagiano sulle corrispondenti attinenze e sulla forcella centrale in modo che le trutine vengono ad appoggiarsi sui relativi coltelli e il coltello centrale sul relativo supporto. Questi movimenti avvengono successivamente con rotazione continua, sempre nello stesso senso, del volantino di comando. È importante notare che, trovandosi i piatti, sia carichi sia scarichi, sempre nella stessa posizione e muovendosi essi opportunamente ed essendo rigorosamente guidati in senso verticale, vengono eliminate le oscillazioni delle attinenze riducendo così gli errori di accomodamento.

Il giogo, ricavato traforando una lastra di ottone fortemente dorata dello spessore di mm. 18, ha la distanza tra i coltelli laterali di mm. 660 e pesa chilogrammi 7,888. I piatti rettangolari hanno le dimensioni di mm. 360 × 530. Il collegamento dei sostegni dei piatti con le rispettive trutine è fatto mediante doppia sospensione cardanica. La punta dell'indice si muove davanti a una scala in cui l'ampiezza delle suddivisioni è di millimetri 2.

Nelle prove, la sensibilità col carico di 50 kg. per ciascuno dei piatti risultò all'atto della costruzione (anno 1900) di 1^p = mg. 20.

E potendosi apprezzare il decimo di parte, la determinazione del peso può farsi con l'approssimazione di 2 milligrammi pari a

del carico massimo: tale sensibilità si è mantenuta pressoché costante fino ad oggi. Opportuni dispositivi permettono di adoperare lo strumento anche come bilancia idrostatica.

Come bilancia di precisione di piccola portata si può citare una bilancia della portata di 1 grammo con giogo di duralluminio studiata e costruita anch'essa nello stesso istituto, in cui l'approssimazione raggiungibile col carico di 1 grammo per piatto è di milligrammi 0,01.

Per la misura delle masse e rispettivamente dei pesi molto piccoli, si ricorre a bilance speciali dette anche microbilance e fondate su principî diversi da quelli della leva. La più semplice di tali bilance è quella a fili di quarzo rappresentata schematicamente nella fig. 8.

Con essa si può apprezzare, eseguendo la lettura sulla scala mediante un microscopio micrometrico, un carico di alcuni milligrammi con l'approssimazione di 10^-4 di milligrammo.

Legislazione italiana sulle bilance. - Le norme a cui devono soddisfare gli strumenti per pesare per poter essere ammessi agli usi di commercio sono contenute negli articoli 59 e seguenti del regolamento per la fabbricazione degli strumenti metrici approvato con r. decr. 12 giugno 1902, n. 226.

Per quanto riguarda i diversi tipi di bilance automatiche e semi-automatiche, non essendo esse contemplate dal regolamento generale di fabbricazione sopra citato, l'uso in commercio ne è autorizzato mediante appositi decreti ministeriali. Le caratteristiche costruttive a cui devono soddisfare e le norme di verificazione sono pertanto indicate per ciascun tipo di bilancia nel relativo decreto di ammissione.