Balans, instrument voor het vergelijken van de gewichten van twee lichamen, meestal voor wetenschappelijke doeleinden, om het verschil in massa (of gewicht) te bepalen.
De uitvinding van de balans met gelijke armen gaat minstens terug tot de tijd van de oude Egyptenaren, mogelijk al in 5000 voor Christus. Bij de eerste typen werd de balk in het midden ondersteund en werden de pannen aan de uiteinden met koorden opgehangen. Een latere verbetering in het ontwerp was het gebruik van een pin door het midden van de balk voor het centrale lager, geïntroduceerd door de Romeinen rond de tijd van Christus. De uitvinding van meskanten in de 18e eeuw leidde tot de ontwikkeling van de moderne mechanische balans. Tegen het einde van de 19e eeuw was de weegschaal in Europa uitgegroeid tot een van 's werelds meest nauwkeurige typen meetinstrumenten. In de 20e eeuw werden elektronische weegschalen ontwikkeld, afhankelijk van elektrische compensatie in plaats van mechanische afbuiging.
De mechanische balans bestaat in wezen uit een stijve balk die als een draaipunt op een horizontale centrale mesrand oscilleert en de twee uiteinden van de mesranden evenwijdig en op gelijke afstand van het midden heeft. De te wegen lasten worden ondersteund op aan lagers opgehangen pannen. Voor het beste ontwerp bevinden zich twee of meer extra mesranden tussen het eindlager en de pan, een om kantelen van het vlak te voorkomen en een ander om het lastzwaartepunt op een bepaald punt op de eindmesrand vast te zetten. Een vergrendelingsmechanisme voorkomt schade tijdens het laden door de mesranden van hun lagers te scheiden. De afbuiging van de balans kan worden aangegeven door een aan de balk bevestigde aanwijzer die over een schaalverdeling gaat of door reflectie van een spiegel op de balk naar een afstandsschaal.
De meest voor de hand liggende methode om een weegschaal te gebruiken, staat bekend als direct wegen. Het te wegen materiaal wordt op de ene pan gelegd, met voldoende bekende gewichten op de andere pan zodat de balk in evenwicht is. Het verschil tussen de nulmeting en de meting met geladen pannen geeft het verschil aan tussen belastingen in schaalverdelingen. Een dergelijke directe weging vereist dat de armen even lang zijn. Als de fout als gevolg van ongelijke armen groter is dan de vereiste precisie, kan de vervangingsmethode worden gebruikt. Bij deze methode worden tegengewichten aan de ene pan toegevoegd om de onbekende belasting op de andere te balanceren. Vervolgens worden de onbekende belasting vervangen door bekende gewichten. Deze methode vereist alleen dat de twee armen van de balk tijdens het wegen dezelfde lengte behouden. Elk effect van ongelijkheid is hetzelfde voor beide belastingen en wordt daarom geëlimineerd.
Kleine microbalansen van kwarts met een capaciteit van minder dan een gram zijn geconstrueerd met een betrouwbaarheid die veel groter is dan gewoonlijk wordt gevonden bij kleine balansen van het assaytype met een metalen balk met drie mesranden. Microbalansen worden voornamelijk gebruikt om de dichtheid van gassen te bepalen, met name van gassen die slechts in kleine hoeveelheden verkrijgbaar zijn. De balans werkt meestal in een gasdichte kamer en een verandering in gewicht wordt gemeten door de verandering in de netto opwaartse kracht op de balans als gevolg van het gas waarin de balans is opgehangen, waarbij de druk van het gas instelbaar is en wordt gemeten door een kwikmanometer verbonden met de balanskast.
De ultramicrobalans is elk weeginstrument dat dient om het gewicht van kleinere monsters te bepalen dan met de microbalans kan worden gewogen - dwz totale hoeveelheden zo klein als een of enkele microgram. De principes waarop ultramicrobalansen met succes zijn geconstrueerd, zijn onder meer elasticiteit in structurele elementen, verplaatsing in vloeistoffen, balancering door middel van elektrische en magnetische velden, en combinaties hiervan. Meting van de effecten geproduceerd door de minieme gewogen massa's is uitgevoerd door optische, elektrische en nucleaire stralingsmethoden om verplaatsingen te bepalen en door optische en elektrische metingen van krachten die worden gebruikt om een verplaatsing te herstellen die wordt veroorzaakt door het gewogen monster.
Het succes van traditionele balansen in de moderne tijd is gebaseerd op de elastische eigenschappen van bepaalde geschikte materialen, met name kwartsvezels, die een grote sterkte en elasticiteit hebben en relatief onafhankelijk zijn van de effecten van temperatuur, hysterese en inelastische buiging. De meest succesvolle en praktische ultramicrobalansen zijn gebaseerd op het principe van het balanceren van de belasting door koppel toe te passen op een kwartsvezel. Een eenvoudig ontwerp maakt gebruik van een stijve vezel als een horizontale balk, in het midden ondersteund door een uitgerekte horizontale kwarts-torsie-vezel die er haaks op is afgedicht. Aan elk uiteinde van de balk hangt een pan, waarbij de ene de andere tegenwicht biedt. De afbuiging van de balk veroorzaakt door het toevoegen van het monster aan één pan wordt hersteld door het uiteinde van de torsievezel te draaien totdat de balk weer in zijn horizontale positie is en het volledige torsiebereik in de hangende vezel kan worden toegepast op de meting van de belasting toegevoegd aan één pan. De hoeveelheid torsie die nodig is voor herstel wordt afgelezen door middel van een wijzerplaat die aan het uiteinde van de torsiefiber is bevestigd. Het gewicht wordt verkregen door de balans te kalibreren tegen bekende gewichten en de waarde af te lezen van de kalibratiekaart gewicht versus torsie. In tegenstelling tot balansen met directe verplaatsing die alleen afhankelijk zijn van de elasticiteit van de structurele elementen, zorgt de torsiebalans ervoor dat de zwaartekracht de grootste component van de lading, dwz de pannen, in evenwicht brengt en resulteert in een sterk verhoogd laadvermogen.
Weegschalen van de late 20e eeuw waren meestal elektronisch en veel nauwkeuriger dan mechanische weegschalen. Een scanner mat de verplaatsing van de pan die het te wegen object vasthoudt en veroorzaakte met behulp van een versterker en mogelijk een computer een stroom die de pan naar zijn nulstand terugbracht. Metingen werden afgelezen op een digitaal scherm of print. Elektronische weegsystemen meten niet alleen de totale massa, maar kunnen ook kenmerken als gemiddeld gewicht en vochtgehalte bepalen.
