Cantarele ca instrumente de masurare

Un cantar este un instrument de comparare a greutatii pentru doua corpuri, de obicei in scopuri stiintifice, pentru a determina diferenta de masa (sau greutate).

Inventia balantei cu brate egale dateaza cel putin de pe timpul vechilor egipteni, posibil in jurul anului 5000 I H. In cazul primelor tipuri, barna era sprijinita la mijloc iar tavile erau atarnate de funii. O imbunatatire adusa mai tarziu in design a fost folosirea unui ac prin centrul fasciculului introdus de romani in perioada in care a trait Isus Hristos. Inventia de pirghie cu margini in secolul al 18-lea a dus la dezvoltarea cantarului mecanic modern. Pana la sfarsitul secolului al 19-lea cantarul s-a dezvoltat in Europa intr-unul din cele mai precise de dispozitive de masurare din lume. In secolul 20, au fost dezvoltate cantare electronice, care faceau referinta la compensarea electrica, mai degraba decat la devierea mecanica.

Cea mai evidenta metoda de utilizare a unui cantar este cunoscuta sub numele de cantarire directa. Materialul care urmeaza sa fie cantarit este pus pe o tava, cu suficiente greutati cunoscute pe alta tava astfel incat bratul va fi in echilibru. Diferenta dintre citirea zero si citirea tavilor incarcate indica diferenta dintre incarcaturi in diviziuni de scara. O astfel de cantarire directa impune ca bratele sa fie de lungime egala. Cand eroarea rezultata din bratele inegale este mai mare decat precizia necesara, poate fi utilizata metoda de cantarire de substitutie. In aceasta metoda, se adauga contragreutati la o tava pentru echilibrarea sarcinii necunoscute pe de alta parte. Apoi, greutatile cunoscute sunt substituite pentru sarcina necunoscuta. Aceasta metoda necesita doar ca cele doua componente ale bratului sa isi mentina aceeasi lungime in timpul cantaririi. Orice efect al inegalitatii este acelasi pentru ambele incarcaturi si, prin urmare, este eliminat.

Succesul cantareleor traditionale si cel al cantarului electronic in timpurile moderne s-a bazat pe proprietatle elastice ale unor materiale adecvate, in special fibre de cuart, care au o mare putere si elasticitate si sunt relativ independente de efectele temperaturii si indoirii inelastice. Cele mai de succes microcantare s-au bazat pe principiul de echilibrare a sarcinii prin aplicarea cuplului la o fibra de cuart. Un design simplu utilizeaza o fibra rigida ca o grinda orizontala, sustinuta in centrul sau de o fibra de cuart de torsiune intinsa orizontal, sigilata la aceasta in unghi drept. Pe fiecare capat al grinzii este suspendata o tava, una contrabalansand pe cealalta. Deformarea fasciculului cauzat prin adaugarea masurii la o tava este restaurata prin rotirea capatului fibrei de torsiune pana cand fascicolul este din nou in pozitia sa orizontala si intreaga gama de torsiune in fibra de suspendare poate fi aplicata la masurarea sarcinii adaugate la o tava. Cantitatea de torsiune necesara pentru restaurare este citita prin intermediul unui cadran atasat la capatul fibrei de torsiune. Greutatea este obtinuta prin calibrarea echilibrului impotriva greutati cunoscute si citirea valorii din graficul de calibrare de greutate fata de torsiune. Spre deosebire de cantarele cu deplasare directa care se bazeaza doar pe elasticitatea elementelor structurale, cantarul de torsiune permite gravitatii sa echilibreze componenta cea mai mare a sarcinii, respectiv, tava, si rezulta in capacitatea crescuta de incarcare.