Balança, instrumento para comparar os pesos de dois corpos, geralmente para fins científicos, para determinar a diferença de massa (ou peso).
A invenção do equilíbrio de braço igual remonta ao tempo dos antigos egípcios, possivelmente tão cedo quanto 5000 aC. Nos tipos mais antigos, a viga era apoiada no centro e as panelas eram penduradas nas extremidades por cordões. Uma melhoria posterior no design foi o uso de um alfinete no centro da viga para o mancal central, introduzido pelos romanos na época de Cristo. A invenção de facas no século XVIII levou ao desenvolvimento do equilíbrio mecânico moderno. No final do século XIX, a balança havia se transformado na Europa em um dos tipos de dispositivos de medição mais precisos do mundo. No século 20, as balanças eletrônicas foram desenvolvidas, dependendo da compensação elétrica e não da deflexão mecânica.
O equilíbrio mecânico consiste, essencialmente, de uma viga rígida que oscila em uma aresta central horizontal como um ponto de apoio e tem as duas arestas finais paralelas e equidistantes do centro. As cargas a serem pesadas são suportadas em bandejas penduradas em rolamentos. Para o melhor design, duas ou mais arestas de faca adicionais estão localizadas entre o rolamento final e a bandeja, uma para evitar a inclinação do avião e outra para fixar o centro de carga em um ponto específico na aresta da faca. Um mecanismo de travamento evita danos durante o carregamento, separando as bordas da faca dos rolamentos. A deflexão da balança pode ser indicada por um ponteiro preso à viga e passando por uma balança graduada ou pela reflexão de um espelho na viga para uma balança distante.
O método mais óbvio de usar uma balança é conhecido como pesagem direta. O material a ser pesado é colocado em uma panela, com pesos conhecidos suficientes na outra panela, de modo que a viga fique em equilíbrio. A diferença entre a leitura zero e a leitura com as bandejas carregadas indica a diferença entre as cargas nas divisões de escala. Essa pesagem direta exige que os braços tenham o mesmo comprimento. Quando o erro resultante de braços desiguais é maior que a precisão exigida, o método de substituição de pesagem pode ser usado. Nesse método, pesos de contrapeso são adicionados a uma panela para equilibrar a carga desconhecida na outra. Em seguida, pesos conhecidos são substituídos pela carga desconhecida. Este método requer apenas que os dois braços da viga mantenham os mesmos comprimentos durante a pesagem. Qualquer efeito da desigualdade é o mesmo para as duas cargas e, portanto, é eliminado.
Pequenas microbalanças de quartzo com capacidades inferiores a um grama foram construídas com uma confiabilidade muito maior do que é comumente encontrado com pequenas balanças do tipo ensaio com uma viga de metal com três arestas de faca. As microbalanças são usadas principalmente para determinar as densidades de gases, particularmente de gases obtidos apenas em pequenas quantidades. A balança geralmente opera em uma câmara estanque ao gás, e uma mudança no peso é medida pela mudança na força flutuante líquida na balança devido ao gás no qual a balança está suspensa, sendo a pressão do gás ajustável e medida por um manômetro de mercúrio conectado à caixa da balança.
A ultramicrobalança é qualquer dispositivo de pesagem que serve para determinar o peso de amostras menores do que as que podem ser pesadas com a microbalança - ou seja, quantidades totais tão pequenas quanto um ou alguns microgramas. Os princípios sobre os quais as ultrobalobalanças foram construídas com sucesso incluem elasticidade em elementos estruturais, deslocamento em fluidos, balanceamento por meio de campos elétricos e magnéticos e combinações destes. A medição dos efeitos produzidos pelas pequenas massas pesadas foi feita por métodos de radiação óptica, elétrica e nuclear para determinar deslocamentos e por medidas ópticas e elétricas das forças usadas para restaurar um deslocamento causado pela pesagem da amostra.
O sucesso das balanças tradicionais nos tempos modernos se baseou nas propriedades elásticas de certos materiais adequados, especialmente fibras de quartzo, que possuem grande resistência e elasticidade e são relativamente independentes dos efeitos da temperatura, histerese e flexão inelástica. As ultramicrobalanças mais bem-sucedidas e práticas foram baseadas no princípio de equilibrar a carga aplicando torque a uma fibra de quartzo. Um design simples utiliza uma fibra rígida como viga horizontal, apoiada no centro por uma fibra de torção de quartzo horizontal esticada, selada a ele em ângulos retos. Em cada extremidade da viga, uma panela é suspensa, uma contrabalançando a outra. A deflexão da viga causada pela adição da amostra a uma panela é restaurada girando a extremidade da fibra de torção até que a viga esteja novamente em sua posição horizontal e a faixa completa de torção na fibra de suspensão possa ser aplicada à medição da carga adicionada a uma panela. A quantidade de torção necessária para a restauração é lida por meio de um mostrador conectado ao final da fibra de torção. O peso é obtido calibrando a balança com pesos conhecidos e lendo o valor do gráfico de calibração de peso versus torção. Diferentemente das balanças de deslocamento direto que dependem apenas da elasticidade dos membros estruturais, o balanço de torção permite que a gravidade equilibre o maior componente da carga, isto é, as bandejas, e resulta em uma capacidade de carga muito maior.
As balanças do final do século XX eram geralmente eletrônicas e muito mais precisas que as balanças mecânicas. Um scanner mediu o deslocamento da panela segurando o objeto a ser pesado e, por meio de um amplificador e possivelmente de um computador, gerou uma corrente que retornou a panela à sua posição zero. As medições foram lidas em uma tela digital ou impressa. Os sistemas de pesagem eletrônica não apenas medem a massa total, mas também podem determinar características como peso médio e teor de umidade.
