電子天平的誤差及保證其稱量準(zhǔn)確度的研究

陳建玉 蔣林君 羅建明

[摘 ? ?要]現(xiàn)階段，使用頻率較高的一種稱重儀器就是電子天平，其也是如今較為先進(jìn)的測量方法之一。電子天平主要以電磁力平衡的原理為基礎(chǔ)，對物體的重量進(jìn)行準(zhǔn)確測量，相較于傳統(tǒng)的稱量器具，其在稱重方面具有更高的準(zhǔn)確度，且可直接以數(shù)據(jù)展現(xiàn)。對此，簡要介紹了電子天平的工作原理及其誤差分類，并對影響其稱量準(zhǔn)確度的各種因素展開了探討，詳細(xì)探究了如何保證其稱量準(zhǔn)確性。

[關(guān)鍵詞]電子天平;誤差;準(zhǔn)確度

[中圖分類號]TH715.116 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]At this stage， the use of a higher frequency of weighing instrument is electronic balance， which is also one of the more advanced measurement methods， electronic balance is mainly based on the principle of electromagnetic force balance， in order to accurately measure the weight of the object， compared with the traditional weighing instrument， it has higher accuracy in weighing， and can be directly displayed by data. In this regard， this paper briefly introduces the working principle of electronic balance and its error classification， and discusses various factors affecting its weighing accuracy， and explores in detail how to ensure its weighing accuracy， hoping to provide effective theoretical reference for everyone.

[Keywords]electronic balance; error; accuracy

如今，不論是哪一領(lǐng)域，均在研究方面取得了較大的進(jìn)展，而其中又以科學(xué)研究探索領(lǐng)城、工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域以及醫(yī)療藥品研究領(lǐng)城表現(xiàn)得最為突出，三者都對準(zhǔn)確性提出了非常高的要求。而為了使這部分領(lǐng)域在物質(zhì)質(zhì)量測量方面的精度需求得到保障，電子天平就此問世，科研人員借助使用這一先進(jìn)儀器可將測量精度顯著提升。在具體測量時，因為電子類型的天平精度與靈敏度較高，所以其受到環(huán)境中各種因素的影響也比較大，對此就需要測量人員把這些影響因素處理好，以確保電子天平良好的測量效果。

1 電子天平的工作原理

現(xiàn)階段，我國電子天平主要運用的是電磁力平衡式傳感器，F(xiàn)=BLIsinθ為其相關(guān)公式，其F、B、L分別是電磁力、磁感應(yīng)強度受力導(dǎo)線的長度、從導(dǎo)線流過的電流強度，θ則代表通電導(dǎo)體與磁場之間的夾角。通過上述關(guān)系式可知，F(xiàn)的大小由B、L、I以及sinθ所直接決定，呈正比關(guān)系，換言之，當(dāng)B、L、I與sinθ不斷增大時，F(xiàn)也就相應(yīng)的變大。反之就越小。通常，電子天平的主要構(gòu)成部分有電磁力平衡式傳感器、電源、光電傳感器、控制電路、鍵盤與顯示器。基本工作原理是，當(dāng)天平為空載狀態(tài)時，電磁力平衡式傳感器也保持較為平衡的狀態(tài)，若處于負(fù)載，那么感性線圈的位置就會改變，進(jìn)而對光電傳感器中的輸出電流以及光線強度造成影響，借助微處理器進(jìn)行處理，控制電磁線圈的電流大小，進(jìn)而使電磁力平衡式傳感器保持平衡（圖1）。

2 電子天平誤差分類

作為一種精密電子儀器，電子天平器在實際測量時，外界的微小因素變化也會對其測量數(shù)值造成影響，進(jìn)而讓最終測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。電子天平的誤差基本上可以分為隨機誤差、粗大誤差和系統(tǒng)誤差。之所以會出現(xiàn)系統(tǒng)誤差，其主要是因為一些固定的規(guī)律造成稱量誤差，如儀器在稱量的過程中運用了精度規(guī)格，稱量過程中溫濕度、電壓以及附近是否有磁場存在等都會導(dǎo)致系統(tǒng)誤差出現(xiàn)。而引發(fā)隨機誤差往往有很多原因，由于測量結(jié)構(gòu)受隨機誤差的影響較小，因此在稱量過程中，一般可以不考慮隨機誤差帶來的影響。人為的疏忽又或是環(huán)境的突然變化便會產(chǎn)生誤差，如果要確保測量結(jié)果受其影響不大，便需要展開精確控制。

3 影響稱量準(zhǔn)確度的因素

3.1 長時間存放會影響電子天平的稱量準(zhǔn)確性

電子天平作為精密電子儀器的一種，一旦存放時間過長就會使之內(nèi)部系統(tǒng)有一定的誤差產(chǎn)生，最終導(dǎo)致實際的稱量結(jié)果出現(xiàn)明顯誤差。所以，在承重的時候運用電子天平，一定要讓電子天平融入外部環(huán)境一段時間，使之內(nèi)部的各個部件可與實時的工作環(huán)境較好的適應(yīng)，把系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差充分降低，最終讓稱量結(jié)果的準(zhǔn)確度得到有效保證。

3.2 重力加速度會影響電子天平的稱量準(zhǔn)確性

在電子天平使用過程中，主要借助電磁力平衡式傳感器對被測質(zhì)量重點和電流信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化，重力加速度直接影響著其轉(zhuǎn)換結(jié)果，而重力加速度又取決于天平的外部使用環(huán)境，如海拔高度、地殼密度和使用地點的維度等。所以，若要徹底消除加速度帶給天平稱量準(zhǔn)確度的影響，便要對其外部使用的各項因素做出全面考慮，根據(jù)實際情況做重力加速度補償。

比如，站在一樓，借助100 g的砝碼對一個電子天平進(jìn)行校準(zhǔn)，其稱量結(jié)果為100.000 0。然后再到25 m左右高的8樓，用這個電子天平稱量相同的砝碼，稱量結(jié)果變成了99.998 9。可見，當(dāng)電子天平的使用環(huán)境發(fā)生改變時，重力加速度也一并改變。因此在使用電子天平稱量時，一定要保證其隨時都能夠自行校準(zhǔn)與補償。

3.3 預(yù)熱時間不夠會影響電子天平的稱量準(zhǔn)確性

由于電子天平的測量原理為電磁力與重力相平衡，其核心稱量部分是由一些精密電子原件所構(gòu)成的，包括傳感器、低通濾波器、功率放大器以及模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器等。一旦未根據(jù)規(guī)定時間預(yù)熱天平，則在通電過程中，隨著時間的延長，電路中電子元件的溫度就會發(fā)生改變，進(jìn)而改變天平示值，最終獲得不準(zhǔn)確的稱量結(jié)果。只有在預(yù)熱充足的情況下，電子元件的各項參數(shù)方可處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)下，如此稱量才能將天平稱量的準(zhǔn)確度提高。

3.4 未定期校驗會影響電子天平的稱量準(zhǔn)確性

對一臺電子天平的稱量準(zhǔn)確度進(jìn)行衡量時，需充分考慮各項技術(shù)指標(biāo)。受頻繁使用的影響，電子天平的環(huán)境發(fā)生改變、位置被移動，故各項技術(shù)指標(biāo)也相應(yīng)改變，因此需定期校驗天平。只有借助專業(yè)計量檢測部門進(jìn)行檢定，確定達(dá)標(biāo)后，其各項技術(shù)指標(biāo)方可與規(guī)程要求相符，進(jìn)而在稱量時獲得準(zhǔn)確的示值。

4 保證天子天平的稱量準(zhǔn)確度的措施

4.1 使用環(huán)境的要求

如果要使電子天平測量結(jié)果的準(zhǔn)確性得到保證，則需對測量中引發(fā)誤差的諸多原因密切注意。在稱量過程中，比較容易忽略的一個導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的因素就是電子天平的使用環(huán)境，其直接影響著測量結(jié)果，所以在具體測量時一定要較多的關(guān)注測量環(huán)境，盡量營造一個適合的環(huán)境，確保測量工作的順利開展。在創(chuàng)設(shè)電子天平測量環(huán)境的過程中：①確保電子天平稱重臺的平穩(wěn)性，防止其水平有傾斜狀況出現(xiàn)，把測量附近的電磁影響有效減少。在稱量正式開始前，可固定稱重臺，使之緊靠地面或墻面，以保障其穩(wěn)定。如果使用電子天平稱量較為頻繁，便可以對專門的工作臺進(jìn)行設(shè)置，從而保證在相似的環(huán)境下進(jìn)行測量。②對放置電子天平的地點進(jìn)行嚴(yán)格選擇，最好不要直接被陽光照射，以免升高儀器溫度，同時還需要全面考慮測量中空調(diào)以及暖氣帶給測量結(jié)果的影響。盡量在不容易發(fā)生振蕩的地方放置電子天平。③在測量腐蝕性物體時，需要注意腐蝕性物體會影響電子天平的托盤。一旦被腐蝕性物質(zhì)所腐蝕，則電子天平下次稱量工作的準(zhǔn)確度就會有所降低，因此在對腐蝕性物體進(jìn)行稱重的過程中，必須切實做好相關(guān)防護(hù)措施，充分保護(hù)電子天平。

4.2 電子天平人員操作注意事項

鑒于電子天平對精密性的要求較高，故在實際稱重過程中一定要嚴(yán)格遵循相關(guān)操作規(guī)范。操作人員在選擇電子天平時，應(yīng)對其型號能否符合稱重重量的要求進(jìn)行全面考慮，工作人員在使用時需要對稱重高質(zhì)量物品進(jìn)行控制，確保不會因為稱重物體質(zhì)量太高而對電子天平的結(jié)構(gòu)造成損壞，且在選擇時不能一味的選擇高精度的電子天平，只要適合即可，以免浪費資源。與此同時，在使用電子天平期間，應(yīng)以儀器情節(jié)說明為基礎(chǔ)，在固定的時間清潔，以免不正確的清潔方法對天平的準(zhǔn)確性造成影響。除此之外，在使用電子天平前必須開展預(yù)壓和預(yù)熱工作，這兩項工作可使誤差有效減少，讓電子天平的準(zhǔn)確度進(jìn)一步提高。

4.3 維護(hù)保養(yǎng)要求

為了確保電子天平準(zhǔn)確，要在使用過程中建立健全相應(yīng)的維護(hù)保養(yǎng)體系。①每次用完電子天平后，需要由專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù)和保管，同時還應(yīng)注重在適宜的環(huán)境中存放電子天平。②當(dāng)結(jié)束稱量后需立即進(jìn)行清潔，防止電子天平表面殘留下稱重物，使之下次的正常使用受到影響。③還需要定期對電子天平的準(zhǔn)確度進(jìn)行校準(zhǔn)和檢測，一旦發(fā)現(xiàn)不夠精確，必須馬上修理，排除問題后再進(jìn)行使用。

5 結(jié)語

通過分析電子天平的誤差，探討如何保證其稱量準(zhǔn)確度，有多個的方面因素影響著電子天平的準(zhǔn)確度，在考慮時一定要做到全面細(xì)致。在實際應(yīng)用電子天平進(jìn)行測量時，一定要嚴(yán)格遵循相關(guān)的測量步驟，如此既能夠讓電子天平的使用壽命延長，也有助于其測量精確性的提升，顯著增強其工作性能，便利人們的日常工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 王剛.電子天平示值誤差原因分析及維護(hù)措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（19）：298.

[2] 彭彬，李偵.試論電子天平示值誤差測量結(jié)果不確定度評定[J].黑龍江科技信息，2015（19）：81.

[3] 陳艷燕.影響電子天平的誤差因素及準(zhǔn)確度控制措施研究[].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計量，2015（2）：44-45，48.

[4] 向開洋，鄧愷.電子天平的誤差及保證其準(zhǔn)確度的剖析[J].電子樂園，2018（7）：18.

[5] 吳小凡.電子天平稱量誤差的產(chǎn)生原因及其調(diào)試方式研究[J].中國科技博覽，2012（9）：194-195.