電子天平的原理、結(jié)構(gòu)及使用維護(hù)方法的思考

吳穎 余妍熹

摘 要： 電子天平作為物體重力稱量裝置，以其稱量準(zhǔn)確性、可靠性、時(shí)效性、自動(dòng)檢測(cè)與校準(zhǔn)等優(yōu)勢(shì)，在計(jì)量領(lǐng)域占據(jù)重要地位，并被廣發(fā)應(yīng)用到各領(lǐng)域各行業(yè)的計(jì)量工作中。本文在經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與歸納的基礎(chǔ)上，就電子天平工作原理、結(jié)構(gòu)構(gòu)成以及使用維護(hù)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，以期對(duì)電子天平基礎(chǔ)知識(shí)具有更為準(zhǔn)確、全面的了解與掌握。

關(guān)鍵詞： 電子天平;基本原理;維護(hù)方法

引言：

隨著各領(lǐng)域各行業(yè)規(guī)?；l(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展的轉(zhuǎn)化，計(jì)量工具得到廣泛應(yīng)用。在此背景下，基于現(xiàn)代電子技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用下，形成的電子天平，以其稱量精度高、可靠性強(qiáng)等特征，逐漸取代機(jī)械天平被應(yīng)用于各領(lǐng)域計(jì)量工作中。對(duì)此，準(zhǔn)確掌握電子天平基礎(chǔ)知識(shí)，包括原理、結(jié)構(gòu)構(gòu)成、使用維護(hù)方法等，可有效實(shí)現(xiàn)其作用的充分發(fā)揮，降低不必要損失的產(chǎn)生。以下為電子天平相關(guān)知識(shí)的總結(jié)，以期為有關(guān)工作人員實(shí)踐工作提供有益幫助。

1電子天平工作的基礎(chǔ)原理

電子天平（electronic balance）是電子技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用下，形成的用以稱量物體質(zhì)量的天平，具有靈敏性高、稱量準(zhǔn)確性強(qiáng)、精度穩(wěn)定性高等特征以及簡(jiǎn)單自動(dòng)校準(zhǔn)與自我保護(hù)優(yōu)勢(shì)[1]。通常情況下，電子天平稱重原理如下：其一，電子天平在空載狀況下，傳感器應(yīng)變片阻值一定，電壓過(guò)電路后所產(chǎn)生的數(shù)值一定，當(dāng)電子天平載重后，應(yīng)變片受物體重力作用影響，出現(xiàn)拉伸，其阻值發(fā)生改變，電壓過(guò)電路后，在放大器上顯示的電壓數(shù)值發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體重量的有效測(cè)量[1]。其二，電子天平利用電磁力平衡原理，在電磁力傳感器應(yīng)用下，使其載重后，受物體重力作用影響，磁力傳感器線圈產(chǎn)生等重力大小、反方向的電磁力，出現(xiàn)之相應(yīng)的電信號(hào)，電信號(hào)為實(shí)現(xiàn)物體重力的平衡，在整流與放大后，促使線圈電流出現(xiàn)變化。通常情況下，其電流強(qiáng)度將與稱重物體重力呈正比例關(guān)系，從而改變了電阻電壓值。電子天平模擬系統(tǒng)能夠根據(jù)這一變化，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)科學(xué)處理，完成對(duì)被測(cè)物體質(zhì)量的計(jì)算，并將測(cè)量結(jié)果在電子天平顯示器中進(jìn)行直觀顯示。相對(duì)于傳統(tǒng)天平而言，基于電磁力平衡原理應(yīng)用下的電子天平無(wú)需利用砝碼進(jìn)行稱量，其操作更為簡(jiǎn)便，測(cè)量的穩(wěn)定性與精準(zhǔn)度更高[2]。與此同時(shí)，隨著電子技術(shù)、傳感技術(shù)等的不斷創(chuàng)新，電子天平類型增多，測(cè)量精度提高。例如，Mettler的UMT2型電子天平能夠稱量2g～5g，標(biāo)尺分度值小于最大稱量的10-6;Sartoruis的M25D型電子天平能夠稱量20g～100g，標(biāo)尺分度值小于最大稱量的10-5。此外，多數(shù)電子天平也具有凈重稱量、累加稱量、數(shù)值在線輸出與自動(dòng)化計(jì)算等功能，其實(shí)用性更強(qiáng)，應(yīng)用范圍更廣。

2電子天平的結(jié)構(gòu)構(gòu)成

由電子天平工作基本原理可知：電子天平是多技術(shù)綜合應(yīng)用產(chǎn)物，包括電子控制技術(shù)、模擬數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)處理技術(shù)、傳感技術(shù)等，相對(duì)于傳統(tǒng)天平而言，結(jié)構(gòu)精密度更高，主要由秤盤(pán)、傳感器、位置檢測(cè)裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)化器、放大器、濾波器、PID（proportion-integral-differential，比例—積分—微分）控制器、微計(jì)算機(jī)、水平儀、保護(hù)裝置、底腳、顯示器等部件共同構(gòu)成[3]。其中秤盤(pán)為物體承載裝置，以圓形、方形居多，主要由金屬材料制成;傳感器為電子天平核心設(shè)備，位于秤盤(pán)之下，由線圈、磁鋼等元件組成，是電磁力產(chǎn)生與電信號(hào)傳輸?shù)闹饕O(shè)備;位置檢測(cè)裝置，多由紅外發(fā)光管與光敏電池組構(gòu)成，主要是將物體重力作用下產(chǎn)生力以電信號(hào)的形式輸出;模數(shù)轉(zhuǎn)化器是實(shí)現(xiàn)信號(hào)有效轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵所在，靈敏度較高，能夠?qū)崿F(xiàn)電子天平的自動(dòng)調(diào)零;放大器與濾波器是信號(hào)處理的關(guān)鍵設(shè)備，能夠?qū)⑽⑷跣盘?hào)放大，去除信號(hào)干擾，有利于保證電子天平計(jì)量準(zhǔn)確性;PID調(diào)節(jié)器主要針對(duì)傳感器作業(yè)，在提升傳感器穩(wěn)定性上發(fā)揮重要的作用;微計(jì)算機(jī)能夠?qū)⑥D(zhuǎn)化的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，使電子天平具備自動(dòng)化查詢、存儲(chǔ)、計(jì)算等功能;水平儀、保護(hù)機(jī)殼以及底腳皆屬保護(hù)與調(diào)解裝置，分別起“位置協(xié)調(diào)”、“元器件保護(hù)”、“系統(tǒng)支撐”的作用;顯示器則主要用于將計(jì)量結(jié)果以數(shù)字的形式進(jìn)行展示。

3電子天平的使用維護(hù)方法

為保證電子天平應(yīng)用作用的充分發(fā)揮，在使用維護(hù)過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）電子天平使用需做好預(yù)熱工作，通過(guò)通電預(yù)熱使其保持良好平衡狀態(tài)，

降低使用過(guò)程中發(fā)熱件對(duì)電子天平構(gòu)件穩(wěn)定性、可靠性的影響。

（2）電子天平使用時(shí)需遵循一定原則，如天平放置要穩(wěn)、要平;所稱量物

體重量應(yīng)控制在電子天平稱量范圍內(nèi);電子天平開(kāi)關(guān)開(kāi)啟后，應(yīng)位于零位等。

（3）明確認(rèn)知與掌握電子天平各控制鍵與功能鍵作用與操作方法，注意按

鍵力度的有效控制，提升操作行為的標(biāo)準(zhǔn)性與規(guī)范性。

（4）在日常管理與維護(hù)中，做好校準(zhǔn)檢驗(yàn)工作。可通過(guò)靈敏度檢驗(yàn)，評(píng)價(jià)

電子天平實(shí)用性;通過(guò)重復(fù)性檢驗(yàn)，衡量電子天平精準(zhǔn)度與穩(wěn)定性，避免測(cè)量誤差的產(chǎn)生;通過(guò)最大允許誤差值檢驗(yàn)，驗(yàn)證電子天平是否符合有關(guān)規(guī)定，掌握電子天平精準(zhǔn)度等級(jí)。

（5）在日常管理與維護(hù)中，應(yīng)明確認(rèn)知環(huán)境對(duì)電子天平存在的影響，保持

電子天平使用環(huán)境的清潔。在此過(guò)程中，可通過(guò)配置防風(fēng)、防塵罩，降低雜物、灰塵對(duì)電子天平元器件性能的影響;通過(guò)定期清掃，保持電子天平潔凈;如果長(zhǎng)期不使用電子天平，需做好存儲(chǔ)工作，避免雜質(zhì)與雜物損壞天平，同時(shí)在重新使用電子天平時(shí)，應(yīng)做好校準(zhǔn)與性能檢修工作，針對(duì)天平存在的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)處理與修復(fù)，使其在使用之前能夠恢復(fù)到最佳狀態(tài)。

結(jié)論：

以電磁力平衡原理為基礎(chǔ)的電子天平，其構(gòu)件精密性較高，在應(yīng)用過(guò)程中需保證操作的規(guī)范性，測(cè)量精度要求的有效滿足。對(duì)此，相關(guān)工作人員應(yīng)明確認(rèn)識(shí)與掌握電子天平基礎(chǔ)知識(shí)，能夠做到使用正確、操作規(guī)范、養(yǎng)護(hù)管理到位，促進(jìn)電子天平應(yīng)用作用的充分發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)

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[3]李臻祎.電子天平使用人員應(yīng)掌握的基礎(chǔ)知識(shí)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（06）：21+23.