關(guān)于電子天平檢定工作的探討

金黎 吳永春 李大鵬

摘要：本文作者介紹了電子天平的工作原理，分析探討了電子天平的檢定及質(zhì)量控制措施。

關(guān)鍵詞：電子天平；檢定；質(zhì)量控制；探討

電子天平是一種非常常用的質(zhì)量測(cè)量?jī)x器，在生活和工作中都得到了非常廣泛的應(yīng)用，電子天平在進(jìn)行檢定的時(shí)候存在著很多的原因?qū)ζ溥M(jìn)行影響，因此，會(huì)導(dǎo)致電子天平的檢定結(jié)果會(huì)出現(xiàn)差異的情況，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)是會(huì)帶來很大影響。因此，為了更好的保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益不會(huì)受到影響，一定要保證計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，在檢定質(zhì)量方面一定要進(jìn)行提高，這樣能夠更好的保證電子天平在使用過程中不出現(xiàn)問題，同時(shí)也能更好的促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。

1 電子天平的工作原理

電子天平是利用電磁力或電磁力矩補(bǔ)償原理，實(shí)現(xiàn)被測(cè)物體在重力場(chǎng)中的平衡，來獲得物體質(zhì)量并采用數(shù)字裝置輸出結(jié)果的衡量?jī)x器。電子天平一般采用應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、電磁平衡式傳感器。應(yīng)變式傳感器，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，但精度有限，在幾年前不能做到很高精度；電容式傳感器稱量速度快，性價(jià)比較高，但也不能達(dá)到很高精度；采用電磁平衡傳感器的電子天平，其稱量準(zhǔn)確可靠、顯示快速清晰并且具有自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、簡(jiǎn)便的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置以及超載保護(hù)等裝置。

高精度電子天平通常采用電磁力平衡式傳感器，電磁感應(yīng)式電子天平與電子秤不同。電子天平是利用電磁力平衡的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的。根據(jù)電磁力公式：

F=BLIsinθ（1）

其中：F為電磁力；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；L為受力導(dǎo)線的長(zhǎng)度；I為流過導(dǎo)線的電流；θ為通電導(dǎo)體與磁場(chǎng)的夾角。

由公式（1）可知，F(xiàn)的大小與B、L、I及sinθ均成正，由于設(shè)計(jì)好的傳感器，其感應(yīng)線圈的規(guī)格尺寸已固定，所以其B、L均不再改變，而θ為90°，故sinθ=1，因此，F(xiàn)的大小與I成對(duì)應(yīng)關(guān)系。

電子天平主要組成部分有：電源、電磁力平衡式傳感器、光電傳感器、鍵盤和顯示器、控制電路。電子天平的基本工作原理是天平空載時(shí)，電磁力平衡式傳感器處于平衡狀態(tài)。加載后，感應(yīng)線圈的位置發(fā)生改變。光電傳感器中的光敏三極管所接收的光線強(qiáng)度的改變，其輸出電流也改變，該變化量經(jīng)微處理后，控制電磁線圈的電流大小，使電磁力平衡式傳感器重新處于平衡狀態(tài)。同時(shí)，微處理器將電磁線圈的電流變化量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，迅速在顯示屏上顯示出來。

2 電子天平的檢定

根據(jù)檢定規(guī)程要求電子天平的檢定項(xiàng)目應(yīng)為4項(xiàng)，檢定內(nèi)容主要包括：外觀檢查、偏載誤差、重復(fù)性、示值誤差等。但對(duì)于日常周期檢定來說，主要進(jìn)行以下幾項(xiàng)檢定：

2.1 示值誤差

電子天平的最大允許誤差是指天平的線性度（或稱線性誤差），它與天平的準(zhǔn)確度等級(jí)和稱量有關(guān)，目的是判定天平的示值誤差是否在規(guī)程規(guī)定的范圍之內(nèi)。在檢定時(shí)，根據(jù)規(guī)程分段進(jìn)行檢定。

2.2 重復(fù)性誤差

重復(fù)性是描述電子天平同一載荷多次稱量結(jié)果之間的差值，是衡量電子天平能否提供一致結(jié)果的能力。重復(fù)性檢定的試驗(yàn)載荷選取80%～100%最大秤量的單個(gè)砝碼，測(cè)試次數(shù)不少于6次。

2.3 偏載誤差

試驗(yàn)選取1/3（最大秤量+最大加法除皮效果）的砝碼。優(yōu)選個(gè)數(shù)較少的砝碼。多個(gè)砝碼可以疊加。多個(gè)砝碼應(yīng)均勻分布在測(cè)量區(qū)域，單個(gè)砝碼放在測(cè)量區(qū)域的中心位置。

3 電子天平的校正

因存放時(shí)間較長(zhǎng)，位置移動(dòng)，環(huán)境變化或?yàn)楂@得精確測(cè)量，天平在使用前一般都應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)。（需要指出的是，電子天平開機(jī)顯示零點(diǎn)，不能說明天平稱量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度符合測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，只能說明天平零位穩(wěn)定性合格。因?yàn)楹饬恳慌_(tái)天平合格與否，還需綜合考慮其它技術(shù)指標(biāo)的符合性）。校準(zhǔn)方法分為內(nèi)校準(zhǔn)和外校準(zhǔn)兩種。目前各個(gè)電子衡器生產(chǎn)廠家對(duì)此方面的研發(fā)各不相同，都在朝著著便于用戶操作方向發(fā)展。通常廠家在說明書中均有詳細(xì)操作步驟，在使用前應(yīng)仔細(xì)研讀說明書。校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備：

（1）天平已處于水平狀態(tài)。

（2）按說明書的要求進(jìn)行預(yù)熱。

（3）天平秤盤上無物品。

（4）關(guān)閉擋風(fēng)窗，在天平置零的情況下進(jìn)行。

下面以上海天平儀器廠JA1203型電子天平為例說明如何對(duì)天平進(jìn)行外校準(zhǔn)。方法：輕按CAL鍵當(dāng)顯示器出現(xiàn)CAL-時(shí)，即松手，顯示器就出現(xiàn)CAL-100其中“100”為閃爍碼，表示校準(zhǔn)砝碼需用100g的標(biāo)準(zhǔn)砝碼。此時(shí)就把準(zhǔn)備好“100g”校準(zhǔn)砝碼放上稱盤，顯示器即出現(xiàn)"----"等待狀態(tài)，經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間后顯示器出現(xiàn)100.000g，拿去校準(zhǔn)砝碼，顯示器應(yīng)出現(xiàn)0.000g，若出現(xiàn)不是為零，則再清零，再重復(fù)以上校準(zhǔn)操作。

4 影響電子天平質(zhì)量控制的因素

4.1 預(yù)熱

天平的預(yù)熱時(shí)間是保證天平示值穩(wěn)定的關(guān)鍵。預(yù)熱時(shí)間的長(zhǎng)短與天平的檢定分度值和檢定分度數(shù)有關(guān)。規(guī)程規(guī)定天平檢定前應(yīng)預(yù)熱，同時(shí)天平的預(yù)熱和天平的精度有密切的關(guān)系。

電磁力平衡式傳感器的溫度變化主要來源于環(huán)境溫度的變化和過流元件的發(fā)熱。電子天平的基本工作原理是平衡，一旦失衡，利用電磁力將天平重新拉回平衡。這個(gè)電磁力，根據(jù)前述可知與B、I成正比。當(dāng)天平處于預(yù)熱階段時(shí)，隨著內(nèi)部溫度升高，磁通B會(huì)逐漸下降，同時(shí)I也會(huì)減小，這樣就導(dǎo)致F變小，天平失去平衡，示值會(huì)呈現(xiàn)正的單方向漂移。電子天平在稱量前要充分預(yù)熱。只有經(jīng)過充分預(yù)熱，使磁鋼達(dá)到熱平衡，這一變化過程結(jié)束，天平才達(dá)到平衡。再利用置零/去皮功能，使顯示置零，此時(shí)天平才處于真正可使用狀態(tài)。

4.2 預(yù)加載

天平在停止工作一段時(shí)間后可能進(jìn)入休眠狀態(tài)，為使天平盡快進(jìn)入工作狀態(tài)，檢定前最好用砝碼進(jìn)行一次加載，否則天平進(jìn)程示值與回程示值之差將明顯增大，加載時(shí)不必在意稱量結(jié)果和回零情況。

4.3 重力加速度的影響

電子天平主要采用電磁力平衡式傳感器實(shí)現(xiàn)被測(cè)質(zhì)量向重力再向電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換，其測(cè)量結(jié)果與重力加速度密切相關(guān)。而重力加速度的大小與天平使用地點(diǎn)的緯度、海拔高度、地殼密度、地下水變化等諸多因素有關(guān)，是隨地點(diǎn)而變的。因此，電子天平必須根據(jù)天平的使用地點(diǎn)實(shí)施重力加速度補(bǔ)償。

內(nèi)置校準(zhǔn)砝碼補(bǔ)償方法及其不足。目前的電子天平普遍采用內(nèi)置校準(zhǔn)砝碼的補(bǔ)償方法，即在電子天平內(nèi)部設(shè)置一個(gè)校準(zhǔn)砝碼，通過對(duì)校準(zhǔn)砝碼的稱量得出當(dāng)?shù)氐膅值。這種補(bǔ)償方法需要增加電子分析天平的機(jī)械加載機(jī)構(gòu)和自校專用砝碼，因此提高了產(chǎn)品成本和工藝復(fù)雜性。而且，內(nèi)置砝碼在長(zhǎng)期使用后，難以進(jìn)行砝碼檢定和表面清潔處理，易于造成電子分析天平的時(shí)漂誤差。

外附校準(zhǔn)砝碼補(bǔ)償方法。將校準(zhǔn)砝碼改為通用標(biāo)準(zhǔn)砝碼，作為電子分析天平的附件，直接通過稱盤加載稱量，可進(jìn)行重力加速度的自動(dòng)校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)重力加速度對(duì)天平稱量影響的自動(dòng)補(bǔ)償。由于外附校準(zhǔn)砝碼的準(zhǔn)確度能夠得到保證，重力加速度的補(bǔ)償精度高，已獲得廣泛應(yīng)用。

4.4 溫度的影響

溫度的變化導(dǎo)致電子天平產(chǎn)生漂移，從而產(chǎn)生測(cè)量偏差。靈敏度的溫度系數(shù)Tc=2.5×10-6/℃說明溫度每變化一度，靈敏度變化0.00025%，如果稱量100g物體，當(dāng)環(huán)境變化5℃時(shí)，產(chǎn)生的最大誤差達(dá)2.5×10-6×5×100=1.25mg，因此，當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時(shí)，應(yīng)對(duì)電子天平進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證稱量結(jié)果的準(zhǔn)確。

5 結(jié)束語

天平是質(zhì)量量值傳遞的關(guān)鍵，電子天平的檢定是電子天平計(jì)量性能的前提，而電子天平的校準(zhǔn)又為精密的質(zhì)量控制提供了重要保障。為了使電子天平獲得更高等級(jí)的精確度，必須參照國家計(jì)量檢定規(guī)程，按著電子天平的綜合性能特性來進(jìn)行檢定。

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