溫度對(duì)高精度電子天平稱量準(zhǔn)確度影響的研究

趙鵬 侯雯

摘 要：高精度電子天平在使用過(guò)程中的稱量準(zhǔn)確度會(huì)受溫度、氣流、電磁干擾等各個(gè)因素的影響。而溫度變化對(duì)其影響尤為明顯，為保證稱量準(zhǔn)確度，在電子天平使用過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)控溫度。

關(guān)鍵詞：電子天平；準(zhǔn)確度；溫度影響

高精度電子天平主要是指分度值小于0.OOOlg，要想保證天平稱量的準(zhǔn)確度就必須使用性能較高的天平，而且操作過(guò)程也十分有必要有高要求，有的時(shí)候操作者沒(méi)有注意到周邊溫度、氣流等環(huán)境的變化，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差，所以說(shuō)測(cè)量之前必須要做好準(zhǔn)備工作。

本文針對(duì)高精度電子天平在溫度變化下的影響進(jìn)行分析，進(jìn)而提出如何更好的在不同溫度下來(lái)保證高精度電子天平測(cè)量的準(zhǔn)確度。

高精度電子天平概述

高精度電子天平是一種非自動(dòng)衡器，它是利用電磁力平衡的原理來(lái)稱量物體的，其操作過(guò)程與一般的電子秤有一定的區(qū)別，高精度電子天平內(nèi)裝載有壓力傳感器，一旦物體接觸電子天平秤盤(pán)，壓力傳感器就會(huì)接收到物體的壓力，而壓力傳感器在不同的壓力下發(fā)生不同的形變，同時(shí)電阻也發(fā)生相應(yīng)的變化，而電壓數(shù)值也隨之變化，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)壓力越大，電阻就越大，電壓數(shù)值也就越大；此外高精度電子天平內(nèi)還有一個(gè)計(jì)算公式的處理器，電壓數(shù)值會(huì)在處理器中通過(guò)編制好的公式進(jìn)行計(jì)算，最后在顯示屏上以質(zhì)量大小的形式顯示出具體的計(jì)算結(jié)果。先進(jìn)的電子信息技術(shù)在高精度電子天平上得以充分的利用，通過(guò)信息轉(zhuǎn)化原理來(lái)對(duì)物體進(jìn)行稱重，因?yàn)樘幚砥髦荒芴幚黼妷盒畔?，所以就把壓力信息快速地轉(zhuǎn)化為電壓信息，并通過(guò)公式迅速地計(jì)算出準(zhǔn)確的計(jì)量結(jié)果。

電子天平誤差分類

高精度電子天平是精密電子儀器的一種，不可避免其稱量結(jié)果很容易受到外界因素的影響，哪怕是微乎其微的因素，所以高精度電子天平是容易產(chǎn)生誤差的。在高精度電子天平稱量過(guò)程中無(wú)法避免的誤差就是隨機(jī)誤差，隨機(jī)誤差發(fā)生有很多原因，但對(duì)稱量的結(jié)果影響比較小，通常會(huì)被忽略。系統(tǒng)誤差在高精度電子天平稱量過(guò)程中也常有發(fā)生，這種情況主要是由于電子天平精度規(guī)則的設(shè)置，在周圍磁場(chǎng)、電壓、溫度等變化下受到變化，從而導(dǎo)致系統(tǒng)誤差的發(fā)生。而本文要研究的溫度影響因素就是系統(tǒng)誤差，電子天平內(nèi)的平衡式傳感器在溫度的變化下產(chǎn)生影響。

3 溫度對(duì)高精度電子天平稱重準(zhǔn)確度的影響

高精度電子天平的稱量一般是固定在某一位置上，操作者也基于穩(wěn)定，其前期也會(huì)進(jìn)行重復(fù)性的測(cè)試，一般情況下如果周圍有明顯的氣流變化或者溫度變化，操作者會(huì)有一定的感知和識(shí)別，同時(shí)也會(huì)使用一定的手段來(lái)避免這些因素造成的影響。但是一些細(xì)微的變化，看不見(jiàn)又摸不著，不能被人所識(shí)別，這種情況下就要重點(diǎn)關(guān)注了。

在環(huán)境因素對(duì)高精度電子天平的影響中，溫度是最重要的一個(gè)因素。高精度電子天平的使用中經(jīng)常有用戶反饋說(shuō)稱量結(jié)果不準(zhǔn)確，每次都不同，出現(xiàn)數(shù)值漂移的現(xiàn)象。具體分析可能是兩個(gè)方面的原因：第一可能是電子天平內(nèi)的傳感器自身性能不好，尤其是蠕變性；第二可能是溫度的變化導(dǎo)致天平預(yù)熱時(shí)間不充足。高精度電子天平的精度在0.0001g以下，在恒溫的實(shí)驗(yàn)室中通電開(kāi)機(jī)要充分預(yù)熱兩個(gè)小時(shí)才能進(jìn)行稱重，而這種是在溫度恒定的情況下進(jìn)行的。一臺(tái)高精度電子天平是新的，或者是從室外搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行使用，由于室內(nèi)和室外的溫度不同，即使開(kāi)機(jī)預(yù)熱兩個(gè)小時(shí)也有可能達(dá)不到準(zhǔn)確的稱量結(jié)果。這是因?yàn)楦呔入娮犹炱絻?nèi)的傳感器是在EMC屏蔽罩內(nèi)，而外殼又有重重保護(hù)層，傳感器是壓力轉(zhuǎn)換的核心，要想傳感器的溫度達(dá)到穩(wěn)定，那就需要內(nèi)外熱交換經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，這樣才能是的傳感器的溫度與外界一致。一般來(lái)說(shuō)建議高精度電子天平在使用前在室內(nèi)靜止放置24小時(shí)以上，重復(fù)稱重得到相同數(shù)值再進(jìn)行使用，這樣結(jié)果才更精確。對(duì)于不同溫度的物體，其稱重的結(jié)果也會(huì)不同，這是因?yàn)榈陀诨蚋哂谔炱椒Q量室溫度的樣品可能導(dǎo)致天平稱量室內(nèi)的溫度變化及空氣對(duì)流，導(dǎo)致稱量的結(jié)果的準(zhǔn)確性也不高。

4 電子天平在稱量前的預(yù)熱

高精度電子天平主要是通過(guò)電磁力平衡傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力轉(zhuǎn)換的，所以電子天平的性能高低與設(shè)備的磁通有直接的關(guān)系，而溫度對(duì)電子天平的磁通也有一定的關(guān)聯(lián)。如果高精度電子天平在使用前沒(méi)有預(yù)熱，這將導(dǎo)致電子天平的磁通量在測(cè)量過(guò)程中隨著天平內(nèi)部溫度的升高而發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致流經(jīng)線圈的電流減小，最終導(dǎo)致稱重測(cè)量發(fā)生變化。因此，高精度電子天平稱量準(zhǔn)確度的保證的前提就是在稱重之前，必須充分預(yù)熱。從通電預(yù)熱開(kāi)始的一段時(shí)間內(nèi)，天平有時(shí)會(huì)表現(xiàn)出越來(lái)越大和緩慢的變化，即單向漂移。只有當(dāng)天平完全預(yù)熱時(shí)，磁缸才能達(dá)到熱平衡，真正的平衡是要在這種變化的過(guò)程就結(jié)束之后才能達(dá)到。一般情況高精度電子天平一旦通電，就表示天平進(jìn)入了預(yù)熱階段，即使顯示器上沒(méi)有顯示。電子天平上的“開(kāi)/關(guān)”按鈕只是一個(gè)開(kāi)關(guān)顯示。對(duì)于經(jīng)常稱重的天平，建議不要拔掉電源，讓電子天平隨著溫度變化自動(dòng)預(yù)熱，長(zhǎng)期處于預(yù)熱狀態(tài)下的電子天平稱重準(zhǔn)確性高，特別是對(duì)于高精度的天平。如果條件允許，長(zhǎng)期持續(xù)供電，始終保持天平提前預(yù)熱狀態(tài)，這也是一個(gè)因素，以確保稱重值是準(zhǔn)確的。

另外，為了避免因?yàn)闃悠泛腿萜鞯臏囟炔煌瑢?duì)電子天平的影響，所以在使用高精度電子天平稱量時(shí)，要確保容器與樣品的溫度和室內(nèi)的溫度相同，樣品從冷藏室或者干燥器內(nèi)拿出來(lái)要靜止放置與室內(nèi)溫度相同后再稱量。

5 總結(jié)

通過(guò)以上的分析，高精度電子天平應(yīng)用的范圍在不斷地?cái)U(kuò)大，各個(gè)領(lǐng)域?qū)Ω呔入娮犹炱降囊笠膊粩嗵岣?，從上文的分析可以獲知，目前，溫度變化是影響電子天平稱量準(zhǔn)確性的重要因素。因此，相關(guān)部門(mén)在應(yīng)對(duì)未來(lái)高精度電子天平在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用下，必須充分考慮影響高精度電子天平稱量的準(zhǔn)確性的因素，尤其是溫度變化帶來(lái)的影響，并采取有針對(duì)性的措施來(lái)消除這種因溫度變化造成的系統(tǒng)誤差，以此來(lái)確保稱量的準(zhǔn)確性。

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