探究電子天平零點誤差的確定及應(yīng)用

馬曉威

（德州市產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準計量研究院，山東 德州 253000）

按照電子天平檢定規(guī)程的要求，所有示值誤差應(yīng)是對零點誤差修正后的修正誤差，但規(guī)程并沒有給出零點誤差測試的方法，因此，如何確定電子天平的零點誤差，長期困惑著從事天平計量的工程師。近年來電子天平隨著電子技術(shù)的發(fā)展而不斷完善，它具有高精度、結(jié)構(gòu)簡單、方便快捷的特點，因此被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的量值傳遞、科學(xué)檢測、產(chǎn)品化驗和分析工作中。能否通過電子天平實現(xiàn)精確稱量，不僅僅取決于設(shè)備自身精度，正確使用電子天平也至關(guān)重要，因為使用不當(dāng)而造成的誤差不容忽視。

一、電子天平稱量原理

電子天平利用電磁力平衡原理實現(xiàn)稱重，即測量物體時實現(xiàn)電磁力與被測物體重力相平衡。秤盤通過支架連桿與線圈連接，線圈置于磁場內(nèi)。在稱量范圍內(nèi)時，被測重物的重力mg通過連桿支架作用于線圈上，這時在磁場中若有電流通過，線圈將產(chǎn)生一個電磁力F：F=KBLI其中K為常數(shù)，B為磁感應(yīng)強度，L為線圈導(dǎo)線的長度，I為通過線圈導(dǎo)線的電流強度。電磁力F和秤盤上被測物體重力mg大小相等、方向相反而達到平衡，同時在彈性簧片的作用下使秤盤支架回復(fù)到原來的位置。即處在磁場中的通電線圈，流經(jīng)其內(nèi)部的電流I與被測物體的質(zhì)量成正比，只要測出電流I即可知道物體的質(zhì)量m。當(dāng)稱盤上重量發(fā)生變化時，電子天平則產(chǎn)生不平衡狀態(tài)，通過位置檢測器檢測到線圈的瞬態(tài)位移，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器和前置放大器產(chǎn)生對應(yīng)的輸出，經(jīng)過處理使流經(jīng)線圈的電流發(fā)生變化，這樣使電磁力也隨之變化并與被測物相抵消從而使線圈回到原來的位置，達到新的平衡狀態(tài)。

二、零點誤差確定方法

根據(jù)零點誤差的定義，可知道零點誤差為零點或零點附近的誤差。取零點附近的誤差主要是因為天平的零點跟蹤裝置一般處于開啟狀態(tài)，很多天平無法方便的根據(jù)需要關(guān)閉或開啟。同時，根據(jù)規(guī)程，可以知電子天平的檢定分度值可分為四種情況，分別為：e=d，e=2d，e=5d，e=10d。因此，我們就以上情況，分別探索確定電子天平的零點誤差的方法。

一是e=d或e=2d，零點跟蹤裝置開啟零點跟蹤裝置開啟時，需要擺脫零點追蹤功能的影響，因此，我們可以先在天平的秤盤上放10e的砝碼，擺脫零點追蹤裝置的影響。然后用化整誤差方法，連續(xù)的加放相當(dāng)于0.1e的附加砝碼，直到秤的示值明顯的增加一個分度值，變?yōu)?I+e)。此時，加到承載器上的附加砝碼為ΔL。二是e=d或e=2d，零點跟蹤裝置關(guān)閉如果電子天平零點追蹤裝置可以關(guān)閉或者沒有零點追蹤裝置，此時可以直接在開機后測試零點誤差。開機后，按去皮或置零按鍵將天平置零，然后用化整誤差方法，連續(xù)的加放相當(dāng)于0.1e的附加砝碼，直到秤的示值明顯的增加一個分度值，變?yōu)閑。此時，加到承載器上的附加砝碼為ΔL。三是e=5d或e=10d對于e=5d或e=10d的電子天平，其讀數(shù)方法為直接讀取示值誤差，因此可以不考零點追蹤功能的影響。在進行充分預(yù)熱好的天平上，先按置零鍵將天平置零，然后在天平上放最小秤量的砝碼L，讀取天平的示值I，天平的零點誤差按下式計算：E0=I－L

三、零點誤差的應(yīng)用

按照JJG 1036－2008《電子天平檢定規(guī)程》的要求，在進行偏載誤差和示值誤差計量過程中，需要先測試零點誤差，對零點誤差修正后的修正誤差，以下分別介紹零點誤差的兩種應(yīng)用。

（一）偏載測試

首先，按照零點誤差的確定方法，選擇合適的方法測得天平中心點的零點誤差E0，然后按規(guī)程要求，加放偏載測試砝碼，讀取誤差值E，則修正誤差Ec按下式計算：Ec=E－E0同理，按照上述方法可以分別測得到其他偏載測試位置的修正誤差，在實際偏載測試過程中，一般只需測試一個位置的零點誤差，其他位置直接引用該位置的誤差，只有當(dāng)誤差超差或接近允差極限時，需重新測試該位置的零點誤差。

（二）示值誤差測試

各載荷點示值誤差測試時，載荷應(yīng)從零載荷開始，逐漸地往上加載，直至加到天平的最大秤量，然后逐漸地卸下載荷，直到零載荷為止。特別注意，很多同行很容易把天平顯示的初始零點作為零點誤差，并且不對誤差進行修正。由于零點追蹤裝置的存在和示值化整誤差的要求，我們看到的零點，并不代表零點誤差也是0，因此還是需要按上述零點誤差的測試方法，先測試天平的零點誤差E0，然后逐漸加減載荷，得到每個點的誤差E，則修正誤差Ec按下式計算：Ec=E－E0

總結(jié)：電子天平在實際工作中，經(jīng)常碰到天平使用客戶對于零點誤差的疑惑，在和同行交流和培訓(xùn)的過程中，同樣很多天平計量者也無法很好地理解電子天平零點誤差和測試方法，通過查閱資料以及和行業(yè)老師的交流，對天平的零點誤差測試方法和應(yīng)用進行了歸納總結(jié)，希望對大家使用和計量電子天平有所幫助。