高精度電子天平的精確測(cè)量

單拓

黑龍江省大慶市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢測(cè)中心 黑龍江大慶 163311

高精度電子天平主要是指分度值小于0.000lg，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。

1 電子天平的含義及工作原理

人們將通過(guò)電磁力平衡被稱物體重力的天平稱為是電子天平，其所展現(xiàn)出的特征在于稱量結(jié)果的準(zhǔn)確性比較強(qiáng)，顯示速度比較快，且示數(shù)比較清晰，并且具備自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)校準(zhǔn)裝置和超載保護(hù)裝置是較為簡(jiǎn)單便捷的。電子天平一般用來(lái)對(duì)物體的質(zhì)量進(jìn)行稱量，電子天平可以劃分為應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器以及電磁平衡式傳感器等幾種類型，應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，造價(jià)也比較低，但是精度卻是比較有限的。在2009年以前，電子天平在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，難以對(duì)精度做出保證，電容式傳感器電子天平的稱量速度比較快，性價(jià)比比較高，但是難以對(duì)稱量結(jié)果的準(zhǔn)確性做出保證；使用電磁平衡傳感器的電子天平，其所展現(xiàn)出的特征是稱量準(zhǔn)確性及可靠性比較強(qiáng)，顯示速度比較快并且具備自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，加裝自動(dòng)校準(zhǔn)裝置以及超載保護(hù)裝置，以此為基礎(chǔ)對(duì)電子天平稱量結(jié)果的準(zhǔn)確性做出一定的保證[1]。

2 高精度電子天平的精確測(cè)量措施

2.1 天平的安裝環(huán)境

JJG1036-2008《電子天平檢定規(guī)程》規(guī)定，天平須安裝在潔凈、無(wú)塵、無(wú)強(qiáng)氣流、無(wú)震動(dòng)及無(wú)強(qiáng)電磁場(chǎng)的環(huán)境中，天平室內(nèi)溫度恒定。高精度電子天平，安裝環(huán)境必須嚴(yán)格按要求來(lái)選擇和布置。實(shí)驗(yàn)室需選擇在距離公路、鐵路等震源50米以外的地方，區(qū)間內(nèi)沒(méi)有強(qiáng)電磁場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)室只擁有一處出入口，不能共用或作為通道。天平不能靠近窗戶，因?yàn)樘?yáng)照射產(chǎn)生的熱空氣對(duì)流會(huì)有很強(qiáng)的氣渦流，對(duì)天平的計(jì)量性能將產(chǎn)生很大的影響。天平最佳的安放位置應(yīng)設(shè)在房屋墻角，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、震動(dòng)最小。購(gòu)置的專業(yè)防震臺(tái)，或搭建的操作臺(tái)應(yīng)使墻面和實(shí)驗(yàn)臺(tái)留有10cm的距離，減少環(huán)境的震動(dòng)對(duì)天平造成的影響。采用移動(dòng)門，實(shí)驗(yàn)室為恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室，使用的空調(diào)和恒濕器，出風(fēng)口不能直接對(duì)著天平，避免空氣流動(dòng)影響。選擇人工光線照明，使用熒光燈，燈具不能離天平太近，防止熱輻射對(duì)天平的干擾[2]。

2.2 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/關(guān)”按鈕只是一個(gè)開關(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。

2.3 電子天平的計(jì)量和檢定

電子天平在使用過(guò)程必須操作規(guī)范。使用前將電子天平水平放置，觀察氣泡是否居中，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。稱量前做好通電預(yù)熱，以確保熱度均衡。同時(shí)，做好電子天平的預(yù)壓，即多次砝碼測(cè)試。此外，還需對(duì)電子天平的精準(zhǔn)度進(jìn)行測(cè)試并校準(zhǔn)。相較于傳統(tǒng)的天平，電子天平具有計(jì)量精度高、靈敏度好等特點(diǎn)。為確保電子天平計(jì)量的準(zhǔn)確性及相關(guān)參數(shù)的可靠性，要求依據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)程對(duì)電子天平進(jìn)行計(jì)量檢定[3]。對(duì)電子天平的計(jì)量檢定通常需要檢定其靈敏度、鑒別力、最大允許誤差和四角誤差等。同時(shí)，還需對(duì)電子天平的重復(fù)性能及配衡功能進(jìn)行檢定。

2.4 天平的校準(zhǔn)

高精度電子天平采用電磁力平衡傳感器，采用電磁力與重力相平衡原理來(lái)測(cè)量物體質(zhì)量，測(cè)量結(jié)果與重力加速度相關(guān)，重力加速度的大小與天平所處的海拔高度相關(guān)。天平位置的變化引起海拔高度變化，是天平校準(zhǔn)原因。天平的校準(zhǔn)是通過(guò)空載和加載對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，記錄下天平各點(diǎn)的平衡電流值。稱量樣品時(shí)，運(yùn)用空載和標(biāo)準(zhǔn)砝碼各點(diǎn)平衡電流值，通過(guò)校準(zhǔn)技術(shù)，運(yùn)算出稱量物的質(zhì)量。在不同的環(huán)境和條件下，天平表征平衡電流值是不相同的。理論上，工作中天平環(huán)境或者自身都是變化的。為保證平衡電流值能隨外部環(huán)境和自身的變化而改變，天平必須嚴(yán)格實(shí)行日常校準(zhǔn)。高精度電子天平擁有高靈敏度的特性，實(shí)際分度值極其微小，有0.01mg的，甚至更小，對(duì)環(huán)境或者自身的變化極為敏感，所以高精度電子天平的日常校準(zhǔn)更為重要。校準(zhǔn)的頻率，可根據(jù)環(huán)境變化和實(shí)際工作來(lái)判定，比如工作實(shí)驗(yàn)中需要長(zhǎng)時(shí)間的大量重復(fù)稱量時(shí)，期間需要再次校準(zhǔn)天平。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著對(duì)電子天平使用頻率的日益增多和精度要求的逐步提高，為盡量減小計(jì)量誤差，必須做好計(jì)量檢定工作。在對(duì)電子天平計(jì)量檢定過(guò)程中，還需綜合考慮裝置、環(huán)境、操作及方法等多種因素的影響。盡量避免上述影響因素的干擾，采取有效措施進(jìn)行解決，不斷提升計(jì)量檢定水平。