電子天平的工作原理及常見故障分析

摘 要：文章對電子天平的工作原理，以及電子天平使用中常見故障的調(diào)修方法進行介紹和分析。

關(guān)鍵詞：電子天平；維護；工作原理；故障處理

中圖分類號：TH715 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）12-0101-02

電子天平，主要用于砝碼質(zhì)量量值的傳遞、物質(zhì)質(zhì)量的測量、體積測量和磁性測量。已經(jīng)廣泛應用于計量檢測部門與貿(mào)易、食品、化工、電子、醫(yī)藥、冶金、農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生、科研、環(huán)保、珠寶等單位及高等院校。電子天平是利用各種位移傳感器將置于天平秤盤中的砝碼或物質(zhì)所引起的機械位移量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并以此對其質(zhì)量加以測定。下面就結(jié)合電子天平的日常使用，談談電子天平的原理、正確使用與維護及常見故障的分析處理方法。

1 電子天平的工作原理

傳感器是電子天平的核心組件，分為應變片式和電磁力式兩大類，下面就使用較多的電磁力式傳感器來闡述電子天平的原理，如圖1所示。

電子天平主要由秤盤、傳感器、位置檢測器、功率放大器、PID調(diào)節(jié)器、低通濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器、顯示器以及機殼和底腳等構(gòu)成。如上圖所示，物體加載在稱盤上使得杠桿下沉偏離零位，位置傳感器采集由秤盤上所放置物體引起的杠桿位置變化的數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)化成電信號并經(jīng)放大器加在線圈上做切割線圈運動。根據(jù)電磁力平衡原理，通電導體在磁場中做切割磁力線運動將產(chǎn)生電磁力，該電磁力與被稱物體重力大小相等，方向相反。而線圈中的電流強度與電磁力成對應關(guān)系。采集該電流信號經(jīng)過濾波之后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和微處理器處理就可以在顯示器上顯示出在秤盤上物體的重量。

2 電子天平的正確使用與維護

電子天平屬于精密儀器，正確的使用與維護對其使用壽命與稱量結(jié)果的準確性非常關(guān)鍵。

①電子天平應該放置在防風、防震、防曬、防濕的室內(nèi)，有條件的話，應該建立專門的恒溫天平室。

②電子天平在使用前應該充分預熱（預熱時間為30 min～1 h）。

③電子天平應該定期校準，包括內(nèi)校和外校，以保持電子天平的準確性。校準應該在充分預熱之后進行，一般方法：預熱之后，按清零，點CAL（校準）鍵，當天平顯示需要加載的砝碼值，加載該砝碼值，關(guān)上天平門，等待校準完成。

④在進行物品稱量時，應該使用鑷子或者帶手套，避免樣品中掉落雜物或者手中的汗液粘在被稱物品影響稱量。

⑤電子天平應該有專人保管和維護保養(yǎng)，應該配備有使用記錄和定期的維護保養(yǎng)記錄。

⑥在稱量具有腐蝕性或易發(fā)揮的物品時，要盛放在濾紙上或者密閉的小容器內(nèi)，以免腐蝕和損壞電子天平。使用完畢后，及時清理除塵，避免細小雜物掉落到天平縫隙里面。在發(fā)現(xiàn)秤盤附近有細小雜物如粉末時，切記不要用嘴吹開粉末，這樣可能會導致粉末進入到天平內(nèi)部。

⑦稱量時稱量室內(nèi)不要放置干燥劑。很多使用者都習慣在稱量室內(nèi)放置干燥劑，并且在稱量時也不取出，殊不知干燥劑的吸水和放水形成不同方向的氣流會引起空氣浮力的變化，導致稱量的不穩(wěn)定。

⑧定期清洗秤盤?？梢杂们鍧嵕I布沾一些無水乙醇輕擦秤盤表面，保持稱量室的清潔，然后在稱量室內(nèi)放置無腐蝕性的干燥劑，并定期更換干燥。

⑨不可超載使用，以免損壞天平傳感器。

3 電子天平常見故障原因分析及處理

電子天平在使用中往往會出現(xiàn)這樣那樣的一些故障，以下筆者列舉一些電子天平常見的故障的解決辦法，這樣一些小的故障可以自己處理而不用返廠修理，大大節(jié)省時間成本和經(jīng)濟成本。

3.1 天平無顯示，數(shù)碼管不亮

可能的故障原因及處理方法有：①保險絲熔斷。將天平電源線拔掉，用螺絲刀將天平電源插座出的熔絲盒打開，更換保險絲即可。②電源輸入不正常。檢查電源接口是否有松動，電源輸入不正常一般是由于是穩(wěn)壓管或集成穩(wěn)壓塊損壞，更換即可。③數(shù)碼顯示屏有問題，送廠家更換。

3.2 讀數(shù)不穩(wěn)定，經(jīng)常跳數(shù)，重復性差

使用相同的載荷進行多次重復測量，測量結(jié)果的最大值和最小值之差大于該載荷點上的最大允許誤差，說明電子電平的重復性不符合要求?？赡艿墓收显蚣疤幚矸椒ㄓ校孩偬炱绞覂?nèi)溫度、濕度不穩(wěn)定，有氣流。溫度的變化會影響天平內(nèi)部電路半導體材料的參數(shù)，使放大電路靜態(tài)工作點發(fā)生偏移，經(jīng)過放大電路逐級放大之后，最終導致輸出端信號出現(xiàn)漂移。因此，精密天平應該放置在恒溫室內(nèi)使用。同時，被稱物與天平室的溫差也是產(chǎn)生氣流的主要原因，所以在進行干燥物體稱量時，應首先使被稱物溫度降到和天平室內(nèi)一致再進行稱量，這樣才能排除氣流的影響。②秤盤或立柱內(nèi)部有異物，運動部分有刮碰。檢查天平的秤盤、立柱、附板、橫梁等有無異物或者與殼體或機內(nèi)電線相觸碰。③磁鋼內(nèi)進入灰塵。這時可拆開傳感器用吸塵器清除灰塵。④內(nèi)部電路問題。主要檢查天平的穩(wěn)壓電源供電是否正常以及穩(wěn)壓管，穩(wěn)壓塊是否損壞，接插件是否接觸良好，或者其他模擬器是否損壞。

3.3 天平每次稱量之后，示值都不自動回零

可能的故障原因及處理方法有：①天平?jīng)]有放置水平。調(diào)整天平的水平器，電子的水平調(diào)節(jié)腳架有2～4角不等，調(diào)節(jié)時，根據(jù)水平珠子偏離的位置，水平珠子偏向哪個位置，哪個位置的腳架就應該相應調(diào)高。使用中還發(fā)現(xiàn)不管怎么調(diào)，甚至腳架已經(jīng)調(diào)出螺絲范圍天平都調(diào)不平，這時應該考慮的就是工作臺不水平，更換工作臺再進行調(diào)節(jié)。②天平預熱時間還不足夠。電子天平使在用前應該預熱30 min～1 h，只有經(jīng)過充分的預熱才能使磁鋼達到熱平衡，也才能達到電磁力平衡。如果一天中要多次使用，最好讓天平整天開著，即使不用的情況下，關(guān)機也盡量不要拔掉電源。因為只要通電，即使顯示屏無顯示，天平也處于預熱狀態(tài)。③天平長時間未經(jīng)校準。電子天平由于使用頻繁或者移動等原因，會出現(xiàn)稱量不準確，這樣零位也會出現(xiàn)漂移。這時可使用標準砝碼按照電平要求添加的砝碼量自?；蛘呶杏匈Y質(zhì)的技術(shù)機構(gòu)外校。④天平線性誤差太大。按天平要求的校準砝碼重量校準后，天平依然不能回零，這時應根據(jù)天平的使用說明書進行線性調(diào)整。

3.4 天平偏載誤差超差

當我們使用砝碼分別放在天平的四個角進行稱量，如果稱量結(jié)果之差與在秤盤中間的稱量結(jié)果之差超過最大允許誤差，我們就認為天平的偏載誤差超差了。電子天平的偏載誤差超差主要是由上下附板彈簧片變形或者四角調(diào)整螺絲松動引起的，一般都是機械故障導致的。出現(xiàn)這種情況，首先確認傳感器的彈簧片是否變形。傳統(tǒng)傳感器的內(nèi)部磁鋼上下的位置都會有一片V型的支架，支架上面分布有中間薄兩頭厚的彈簧片。強烈碰撞或者經(jīng)常超載都會導致彈簧片變形，彈性減弱，這樣在受力之后彈簧片無法回復到原有的位置上。如果是彈簧片變形引入四角誤差，必須更換彈簧片。更換時首先用專用夾具將傳感器固定好，將變形的彈簧片從V型支架上取出，換上新彈簧片，然后重新調(diào)整好傳感器。如果不是彈簧片變形引起的超差，則考慮調(diào)整四角緊固螺絲，調(diào)整時根據(jù)四角數(shù)值判別應調(diào)整螺絲的方向，用規(guī)定的砝碼在調(diào)整過程中不斷測量左右螺母、上下螺母的誤差，直到誤差滿足為止。

4 結(jié) 語

電子天平作為分析檢驗中常用的精密儀器，了解其工作原理、正確使用和維護以及懂得如何分析常見故障并提出解決方法，能提高電子天平的使用準確性和使用效率。

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