物體磁性對電子天平檢測和分析造成的影響探究

摘 要：電子天平作為一種稱量準(zhǔn)確、使用方便的衡器，在日常生活、生產(chǎn)及科研中廣泛應(yīng)用。電子天平的使用過程中會受到周圍環(huán)境的影響，給測定結(jié)果帶來一定的影響，導(dǎo)致測定結(jié)果的不準(zhǔn)確。文章首先闡述了電子天平的工作原理及物體磁性產(chǎn)生的原因，進(jìn)而針對性地通過實驗對物體磁性對電子天平產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：物體磁性；電子天平；衡器；實驗

通常人們所使用的電子天平應(yīng)用了現(xiàn)代電子控制技術(shù)，具有性能穩(wěn)定、稱量精準(zhǔn)、顯示速率快的優(yōu)點。同時對電子天平的校驗也相對較為快捷，因此電子天平被廣泛地應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ?、生產(chǎn)及各類科研活動中。在電子天平的使用過程中，還存在著一些影響其準(zhǔn)確性的因素，比如物體的磁性。物體磁性能夠?qū)﹄娮犹炱降臏y定結(jié)果造成一定的變化，雖不至于對生產(chǎn)生活有過多影響，但對于科研數(shù)據(jù)來說，可能就是不可估量的后果，因此，研究物體磁性對電子天平檢測和分析造成的影響至關(guān)重要?，F(xiàn)針對物體磁性對天平稱量所造成的影響進(jìn)行分析。

1 電子天平的工作原理

電子天平內(nèi)部裝有稱重傳感器等精密電子元件，能夠較為快速準(zhǔn)確地反映出稱重物體的示數(shù)，其基本原理是利用了電磁力平衡重力。電子天平裝置中，秤盤靠支架連桿同一個線圈連接在一起，線圈又被放置于磁場中，被測物體通過重力作用轉(zhuǎn)動連桿，連桿將作用力傳遞到線圈上，位于磁場中的電子線圈能夠產(chǎn)生向上的電磁力F，電磁力的物理計算式可表達(dá)為：

其中K為常數(shù)（與使用單位有關(guān)），B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為線圈導(dǎo)線的長度，I為通過線圈導(dǎo)線的電流強(qiáng)度。式中的電磁力F與被測物體的重力（mg）通常是一對平衡力，即F=mg。也就是說，只要通過測量線圈導(dǎo)線的電流強(qiáng)度I就可以計算出物體的質(zhì)量。在天平的托盤中未放置任何物體時，天平的示數(shù)為0。當(dāng)電子天平稱盤上被加上或除去被稱物時，天平則出現(xiàn)不平衡狀態(tài)，此時可以通過位置檢測器檢測到線圈在磁鋼中的瞬間位移，經(jīng)過電磁力自動補(bǔ)償電路使其電流變化以數(shù)字方式顯示出被測物體重量。

2 物體磁性對電子天平的影響

2.1 物體的磁性現(xiàn)象

磁性物體能夠表現(xiàn)出一定的磁現(xiàn)象，如相互吸引、排斥等。物質(zhì)具有磁性的微觀解釋是：物質(zhì)內(nèi)部都是由原子構(gòu)成的，而原子又是原子核與電子組成，電子圍繞著原子核運動，且自身帶有負(fù)電荷，電子的運動產(chǎn)生了一定的磁性。如果電子自轉(zhuǎn)方向向上與向下的數(shù)目一致，其產(chǎn)生的磁矩就可以相互抵消，物體就表現(xiàn)為無磁性，相反，電子運動方向相反的數(shù)量不一致，則由電子產(chǎn)生的磁矩?zé)o法消除，物質(zhì)的原子本身就帶有一定的磁性，但組成物質(zhì)的原子的排列并不是整齊劃一，而是混亂的，所欲物體雖然有一定磁性，但基本都不具備強(qiáng)磁性。只有一些特殊的物質(zhì)如鐵、鈷、鎳，其自身的原子磁矩呈現(xiàn)出一定整齊的規(guī)律，物體的磁性相對較強(qiáng)。

2.2 物體磁性對電子天平的影響

《砝碼檢定規(guī)程》JJG99-2006中明確將砝碼的磁性檢測納入電子天平用砝碼的監(jiān)測項目中，說明物體磁性能夠?qū)μ炱降臏y定結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，物體磁性已經(jīng)成為了影響電子天平測定準(zhǔn)確性的不可忽視因素。物質(zhì)本身的磁性在受到外磁場作用下能夠產(chǎn)生一定力的作用，勢必會影響到電子天平本身的力平衡，導(dǎo)致電子天平的稱量結(jié)果出現(xiàn)一定的變化。

物體的磁性要想發(fā)揮力的作用，磁性就必須形成一個閉環(huán)，因此，切斷磁場就可以防止物體的磁性發(fā)揮作用。我們可以采用一個裝置在電子天平秤盤的夾層中以切斷物體磁場的作用，防止電子天平中的電子元件收到磁場影響。為了測定物體磁性對電子天平的影響，我們需要做一個實驗。實驗分為兩部分，第一個實驗中，選擇上海精科生產(chǎn)的FA2004型電子天平（精確度0.1mg），在未加裝屏蔽裝置的基礎(chǔ)上反復(fù)5次稱重同一個標(biāo)稱重量為200g的磁性物體，并記錄結(jié)果；實驗二，在電子天平被屏蔽后，反復(fù)5次稱重與實驗一相同的磁性物體，并記錄結(jié)果。

通過計算，可得實驗一中的不確定度為u1=0.15mg，實驗二中的不確定度為u2=6.50mg。

實驗結(jié)果表明，物體的磁性對于電子天平的稱量準(zhǔn)確度有一定的影響，且影響不容忽視。在電子天平的日常檢測與分析過程中尤其要注意到磁性的影響，并想辦法消除物體的磁性影響條件下，進(jìn)行電子天平的檢測工作。

3 結(jié)束語

在對電子天平進(jìn)行檢定時，除了要嚴(yán)格執(zhí)行檢定規(guī)程對電子天平進(jìn)行檢定外，還要認(rèn)真分析可能影響檢定結(jié)果的外部因素，使檢定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。通常被人們所熟知的外部因素包括天平預(yù)熱時間、天平供電電壓、自帶砝碼質(zhì)量、檢定室環(huán)境等，但物體磁性作為影響電子天平檢測結(jié)果的重要影響因素一直被人們所忽視。此外，在計量檢測系統(tǒng)中一般不會進(jìn)行磁化率的檢測，而在稱量過程中也就不會對被測物品進(jìn)行是否磁化的檢測。但物體的磁性確實會對用到電子天平的日常檢測和分析造成影響，必須引起相關(guān)部門的重視。

參考文獻(xiàn)

[1]劉會芳.對電子天平檢定結(jié)果差異原因的分析探討[J].商品與質(zhì)量：學(xué)術(shù)觀察，2011（4）.

[2]劉煒.物體磁性對電子天平稱量準(zhǔn)確度的影響[J].衡器，2011（5）.

[3]魏忠玲.淺談檢定電子天平的幾點體會[J].計量與測試技術(shù)，2011（7）.

[4]韋康康.高精度電子天平的研究與設(shè)計[D].江蘇：杭州電子科技大學(xué)，2011.