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電子天平的校驗(yàn)與質(zhì)量控制的關(guān)系

[2012/12/20]

　　電子天平采用了現(xiàn)代傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)，因操作簡(jiǎn)便、稱量速度快、自動(dòng)化程度高、智能化功能強(qiáng)度等等優(yōu)勢(shì)已逐步取代機(jī)械幾天。

　　1.電子天平的原理

　　高精度電子天平通常采用電磁力平衡式傳感器，電磁感應(yīng)式電子天平與電子秤不同。電子秤是使用電子天平是利用電磁力平衡的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的。根據(jù)電磁力公式：F=BLIsinθ(1)

　　其中：F為電磁力;B為磁感應(yīng)強(qiáng)度;L為受力導(dǎo)線的長(zhǎng)度;I為流過(guò)導(dǎo)線的電流;θ為通電導(dǎo)體與磁場(chǎng)的夾角。

　　由公式(1)可知，F(xiàn)的大小與B、L、I及sinθ均成正，由于設(shè)計(jì)好的傳感器，其感應(yīng)線圈的規(guī)格尺寸已固定，所以其B、L均不再改變，而θ為90°，故sinθ=1，因此，F(xiàn)的大小與I成對(duì)應(yīng)關(guān)系。

　　電子天平主要組成部分有：電源、電磁力平衡式傳感器、光電傳感器、鍵盤和顯示器、控制電路。電子天平的基本工作原理是天平空載時(shí)，電磁力平衡式傳感器處于平衡狀態(tài)。加載后，感應(yīng)線圈的位置發(fā)生改變。光電傳感器中的光敏三極管所接收的光線強(qiáng)度的改變，其輸出電流也改變，該變化量經(jīng)微處理后，控制電磁線圈的電流大小，使電磁力平衡式傳感器重新處于平衡狀態(tài)。同時(shí)，微處理器將電磁線圈的電流變化量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，迅速在顯示屏上顯示出來(lái)。

　　2.電子天平的檢定

　　根據(jù)檢定規(guī)程要求電子天平的檢定項(xiàng)目應(yīng)為 9項(xiàng)，檢定內(nèi)容主要包括：鑒別力、靈敏度、各載荷點(diǎn)最大允許誤差、重復(fù)性、偏載檢查(四角誤差)和配衡功能檢查等。根據(jù)被檢天平的具體情況，并非每一項(xiàng)內(nèi)容都需要檢定，具體的檢定項(xiàng)目需要由電子天平的準(zhǔn)確度級(jí)別和檢定分度值決定，但對(duì)于日常周期檢定來(lái)說(shuō)，主要進(jìn)行以下幾項(xiàng)驗(yàn)定：

　　2.1鑒別力的檢定

　　對(duì)電子天平只有鑒別力是有意義的，因而不存在靈敏度的檢定問(wèn)題。對(duì)鑒別力的檢定，比較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ㄊ牵合葘⑾喈?dāng)于檢定載荷(規(guī)程指出載荷選用空載、全載或二者中一種)示值L的砝碼加在天平盤上(其中有10個(gè)d/10的小砝碼)，然后逐個(gè)取下d/10的小砝碼至顯示值變?yōu)長(zhǎng)-d時(shí)，再加上一個(gè)d/10的小砝碼，此時(shí)將質(zhì)量為1.4d的砝碼輕輕加到稱盤上，顯示值應(yīng)變?yōu)長(zhǎng) d。但在一般情況下，在用電子天平的鑒別力不會(huì)有問(wèn)題，所以多數(shù)情況下可以直接用質(zhì)量為1.4d小砝碼試一下即可，對(duì)于d≤1mg或e>2d的電子天平，規(guī)程中說(shuō)明允許免檢其鑒別力。

　　2.2各載荷點(diǎn)最大允許誤差的檢定

　　電子天平的最大允許誤差是指天平的線性度(或稱線性誤差)，它與天平的準(zhǔn)確度等級(jí)和稱量有關(guān)，目的是判定天平的示值誤差是否在規(guī)程規(guī)定的范圍之內(nèi)。在檢定時(shí)，除按規(guī)程要求選取檢定點(diǎn)外，還應(yīng)根據(jù)被檢電子天平的e與d關(guān)系來(lái)確定是否應(yīng)該對(duì)每一被檢點(diǎn)采用附加小砝碼，尋求數(shù)字轉(zhuǎn)換點(diǎn)的方法來(lái)找到該檢定點(diǎn)的實(shí)際模擬值，以確定其示值誤差。

　　2.3天平重復(fù)性誤差的檢定與計(jì)算

　　重復(fù)性是描述電子天平在相同的測(cè)量條件下，同一載荷多次稱量結(jié)果之間的差值，是衡量電子天平能否提供一致結(jié)果的能力。重復(fù)性檢定在空載和加載狀態(tài)下進(jìn)行，測(cè)定次數(shù)應(yīng)根據(jù)電子天平準(zhǔn)確度級(jí)別的不同而異，檢定過(guò)程及數(shù)據(jù)處理方法按非自動(dòng)天平檢驗(yàn)規(guī)定進(jìn)行，對(duì)e≥5d的電子天平則可以省略用附加小砝碼尋求數(shù)字轉(zhuǎn)換點(diǎn)進(jìn)行湊整計(jì)算的過(guò)程，而直接用天平示值減去砝碼質(zhì)量值來(lái)計(jì)算重復(fù)性誤差。對(duì)重復(fù)性誤差可用極差法或標(biāo)準(zhǔn)偏差法來(lái)評(píng)定，但以極差法常用。

　　2.4偏載檢驗(yàn)(四角誤差檢驗(yàn))

　　進(jìn)行此項(xiàng)檢驗(yàn)，應(yīng)注意根據(jù)使用要求來(lái)確定是用滿載還是1/3FS作為檢驗(yàn)載荷，因?yàn)椴煌臋z驗(yàn)載荷最終檢驗(yàn)結(jié)果是不同的。同時(shí)非自動(dòng)天平檢驗(yàn)規(guī)定要求：標(biāo)準(zhǔn)天平四角誤差等于最大值與最小值之差：而非標(biāo)準(zhǔn)天平等于各點(diǎn)修正后的示值誤差中的最大者，但規(guī)程允許用各點(diǎn)的示值與中心點(diǎn)的示值之差的最大者作為四角誤差來(lái)簡(jiǎn)化檢定程序。在實(shí)際檢定工作中，根據(jù)實(shí)際情況靈活操作。

　　2.5電子天平配衡功能的檢查

　　對(duì)于新購(gòu)置的電子天平應(yīng)檢查其配衡功能，一般選取兩個(gè)載荷點(diǎn)，即：(1/3)Max，(2/3)Max。在相同載荷下所得兩結(jié)果之間的差值，不得超過(guò)該載荷時(shí)的最大允許誤差的絕對(duì)值。

　　3.電子天平的校正

　　衡量一臺(tái)電子衡器合格與否，還需綜合考慮其它技術(shù)指標(biāo)的。因存放時(shí)間較長(zhǎng)，位置移動(dòng)，環(huán)境變化或?yàn)楂@得精確測(cè)量，電子衡器在使用前一般都應(yīng)進(jìn)行校正操作。校正方法分內(nèi)部校正和外部校正兩種。目前市場(chǎng)流通校正方法多種多樣，各個(gè)電子衡器生產(chǎn)廠家對(duì)此方面的研發(fā)各不相同，都在朝著著便于用戶操作方向發(fā)展。通常廠家在說(shuō)明書中均有詳細(xì)操作步驟，因?yàn)殡娮雍馄鞯男Ｕ^為專業(yè)，如果不仔細(xì)研讀說(shuō)明書很容易忽略. 校準(zhǔn)方法分為內(nèi)校準(zhǔn)和外校準(zhǔn)兩種。校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備：

　　(1)天平已處于水平狀態(tài)。

　　(2)按說(shuō)明書的要求進(jìn)行預(yù)熱。

　　(3)天平秤盤上無(wú)物品。

　　(4)關(guān)閉擋風(fēng)窗，在天平置零的情況下進(jìn)行。

　　下面以慈溪天東衡器廠的HX型電子天平為例說(shuō)明如何對(duì)天平進(jìn)行外校準(zhǔn)。方法：輕按CAL鍵當(dāng)顯示器出現(xiàn)CAL-時(shí)，即松手，顯示器就出現(xiàn)CAL-100其中“100”為閃爍碼，表示校準(zhǔn)砝碼需用100g的標(biāo)準(zhǔn)砝碼。此時(shí)就把準(zhǔn)備好“100g”校準(zhǔn)砝碼放上稱盤，顯示器即出現(xiàn)“——”等待狀態(tài)，經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間后顯示器出現(xiàn)100.000g，拿去校準(zhǔn)砝碼，顯示器應(yīng)出現(xiàn)0.000g，若出現(xiàn)不是為零，則再清零，再重復(fù)以上校準(zhǔn)操作。

　　4.影響電子天平質(zhì)量控制的因素

　　4.1預(yù)熱

　　天平的預(yù)熱時(shí)間是保證天平示值穩(wěn)定的關(guān)鍵。預(yù)熱時(shí)間的長(zhǎng)短除與天平的檢定分度值和檢定分度數(shù)有關(guān)，規(guī)程第 18 條規(guī)定天平檢定前應(yīng)預(yù)熱 0.5h 以上，但 0.5h 以上多長(zhǎng)的預(yù)熱時(shí)間比較合適?這時(shí)就要根據(jù)各天平使用說(shuō)明書上的要求，同時(shí)天平的預(yù)熱和天平的精度有密切的關(guān)系。

　　電磁力平衡式傳感器的溫度變化主要來(lái)源于環(huán)境溫度的變化和過(guò)流元件的發(fā)熱。電子天平的基本工作原理的平衡，一旦失衡，利用電磁力將天平重新拉回平衡。這個(gè)電磁力，是由流經(jīng)線圈中與物體質(zhì)量成正比的電流在永久磁鋼的磁通B、流經(jīng)線圈中的電流I及線圈長(zhǎng)度L成正比。當(dāng)天平處于預(yù)熱階段時(shí)，隨著內(nèi)部溫度升高，磁通B會(huì)逐漸下降，同時(shí)I也會(huì)減小，這樣就導(dǎo)致F變小，天平失去平衡，示值會(huì)呈現(xiàn)正的單方向漂移。電子天平在稱量前要充分預(yù)熱。只有經(jīng)過(guò)充分預(yù)熱，使磁鋼達(dá)到熱平衡，這一變化過(guò)程結(jié)束，天平才達(dá)到平衡。再利用置零/去皮功能，使顯示置零，此時(shí)天平才處于真正可使用狀態(tài)。

　　4.2預(yù)壓

　　天平在停止工作一段時(shí)間后可能進(jìn)入休眠狀態(tài)，為使天平盡快進(jìn)入工作狀態(tài)，檢定前最好用砝碼多次加載，否則天平進(jìn)程示值與回程示值之差將明顯增大，加載時(shí)不必在意稱量結(jié)果和回零情況。

　　4.3重力加速度的影響

　　電子天平主要采用電磁力平衡式傳感器實(shí)現(xiàn)被測(cè)質(zhì)量向重力再向電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換，其測(cè)量結(jié)果與重力加速度密切相關(guān)。而重力加速度的大小與天平使用地點(diǎn)的緯度、海拔高度、地殼密度、地下水變化等諸多因素有關(guān)，是隨地點(diǎn)而變的。因此，電子天平必須根據(jù)天平的使用地點(diǎn)實(shí)施重力加速度補(bǔ)償。

　　內(nèi)置校準(zhǔn)砝碼補(bǔ)償方法及其不足。目前的電子天平普遍采用內(nèi)置校準(zhǔn)砝碼的補(bǔ)償方法，即在電子天平內(nèi)部設(shè)置一個(gè)校準(zhǔn)砝碼，通過(guò)對(duì)校準(zhǔn)砝碼的稱量得出當(dāng)?shù)氐膅值。這種補(bǔ)償方法需要增加電子分析天平的機(jī)械加載機(jī)構(gòu)和自校專用砝碼，因此提高了產(chǎn)品成本和工藝復(fù)雜性。而且，內(nèi)置砝碼在長(zhǎng)期使用后，難以進(jìn)行砝碼檢定和表面清潔處理，易于造成電子分析天平的時(shí)漂誤差。

　　外附校準(zhǔn)砝碼補(bǔ)償方法。將校準(zhǔn)砝碼改為通用標(biāo)準(zhǔn)砝碼，作為電子分析天平的附件，直接通過(guò)稱盤加載稱量，可進(jìn)行重力加速度的自動(dòng)校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)重力加速度對(duì)天平稱量影響的自動(dòng)補(bǔ)償。由于外附校準(zhǔn)砝碼的準(zhǔn)確度能夠得到保證，重力加速度的補(bǔ)償精度高，已獲得廣泛應(yīng)用。

　　4.4環(huán)境溫度變化的影響

　　另外，溫度的變化也導(dǎo)致電子天平靈敏度的漂移，從而產(chǎn)生測(cè)量偏差。靈敏度的溫度系數(shù)Tc=2?×10-6/℃說(shuō)明溫度每變化一度，靈敏度變化0。00025%，如果稱量100g物體，當(dāng)環(huán)境變化5℃時(shí)，

　　產(chǎn)生的最大誤差達(dá)2?5×10-6×5×100=1?25mg，因此，當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時(shí)，應(yīng)對(duì)電子天平進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證稱量結(jié)果的準(zhǔn)確。

　　結(jié)論

　　天平是質(zhì)量量值傳遞的關(guān)鍵，電子天平的檢定是電子天平計(jì)量性能的前提，而電子天平的校準(zhǔn)又為精密的質(zhì)量控制提供了重要保障。為了使電子天平獲得更高等級(jí)的精確度，必須參照國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程，按著電子天平的綜合性能特性來(lái)進(jìn)行檢定。