電子天平的校驗與質(zhì)量控制的關(guān)系

　　電子天平采用了現代傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和微型計算機技術(shù)，因操作簡(jiǎn)便、稱(chēng)量速度快、自動(dòng)化程度高、智能化功能強度等等優(yōu)勢已逐步取代機械幾天。

　　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)行設計的。根據電磁力公式：F=BLIsinθ(1)

　　其中：F為電磁力;B為磁感應強度;L為受力導線(xiàn)的長(cháng)度;I為流過(guò)導線(xiàn)的電流;θ為通電導體與磁場(chǎng)的夾角。

　　由公式(1)可知，F的大小與B、L、I及sinθ均成正，由于設計好的傳感器，其感應線(xiàn)圈的規格尺寸已固定，所以其B、L均不再改變，而θ為90°，故sinθ=1，因此，F的大小與I成對應關(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(pán)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，感應線(xiàn)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(xiàn)強度的改變，其輸出電流也改變，該變化量經(jīng)微處理后，控制電磁線(xiàn)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(xiàn)圈的電流變化量轉變?yōu)閿底中盘�，迅速在顯示屏上顯示出來(lái)。

　　2.電子天平的檢定

　　根據檢定規程要求電子天平的檢定項目應為 9項，檢定內容主要包括：鑒別力、靈敏度、各載荷點(diǎn)最大允許誤差、重復性、偏載檢查(四角誤差)和配衡功能檢查等。根據被檢天平的具體情況，并非每一項內容都需要檢定，具體的檢定項目需要由電子天平的準確度級別和檢定分度值決定，但對于日常周期檢定來(lái)說(shuō)，主要進(jìn)行以下幾項驗定：

　　2.1鑒別力的檢定

　　對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。對鑒別力的檢定，比較嚴謹的方法是：先將相當于檢定載荷(規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(pán)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(cháng)-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(chēng)盤(pán)上，顯示值應變?yōu)長(cháng) 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，所以多數情況下可以直接用質(zhì)量為1.4d小砝碼試一下即可，對于d≤1mg或e>2d的電子天平，規程中說(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(xiàn)性度(或稱(chēng)線(xiàn)性誤差)，它與天平的準確度等級和稱(chēng)量有關(guān)，目的是判定天平的示值誤差是否在規程規定的范圍之內。在檢定時(shí)，除按規程要求選取檢定點(diǎn)外，還應根據被檢電子天平的e與d關(guān)系來(lái)確定是否應該對每一被檢點(diǎn)采用附加小砝碼，尋求數字轉換點(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天平重復性誤差的檢定與計算

　　重復性是描述電子天平在相同的測量條件下，同一載荷多次稱(chēng)量結果之間的差值，是衡量電子天平能否提供一致結果的能力。重復性檢定在空載和加載狀態(tài)下進(jìn)行，測定次數應根據電子天平準確度級別的不同而異，檢定過(guò)程及數據處理方法按非自動(dòng)天平檢驗規定進(jìn)行，對e≥5d的電子天平則可以省略用附加小砝碼尋求數字轉換點(diǎn)進(jìn)行湊整計算的過(guò)程，而直接用天平示值減去砝碼質(zhì)量值來(lái)計算重復性誤差。對重復性誤差可用極差法或標準偏差法來(lái)評定，但以極差法常用。

　　2.4偏載檢驗(四角誤差檢驗)

　　進(jìn)行此項檢驗，應注意根據使用要求來(lái)確定是用滿(mǎn)載還是1/3FS作為檢驗載荷，因為不同的檢驗載荷最終檢驗結果是不同的。同時(shí)非自動(dòng)天平檢驗規定要求：標準天平四角誤差等于最大值與最小值之差：而非標準天平等于各點(diǎn)修正后的示值誤差中的最大者，但規程允許用各點(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，根據實(shí)際情況靈活操作。

　　2.5電子天平配衡功能的檢查

　　對于新購置的電子天平應檢查其配衡功能，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值。

　　3.電子天平的校正

　　衡量一臺電子衡器合格與否，還需綜合考慮其它技術(shù)指標的。因存放時(shí)間較長(cháng)，位置移動(dòng)，環(huán)境變化或為獲得精確測量，電子衡器在使用前一般都應進(jìn)行校正操作。校正方法分內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(chǎng)家對此方面的研發(fā)各不相同，都在朝著(zhù)著(zhù)便于用戶(hù)操作方向發(fā)展。通常廠(chǎng)家在說(shuō)明書(shū)中均有詳細操作步驟，因為電子衡器的校正較為專(zhuān)業(yè)，如果不仔細研讀說(shuō)明書(shū)很容易忽略. 校準方法分為內校準和外校準兩種。校準前的準備：

　　(1)天平已處于水平狀態(tài)。

　　(2)按說(shuō)明書(shū)的要求進(jìn)行預熱。

　　(3)天平秤盤(pán)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(chǎng)的HX型電子天平為例說(shuō)明如何對天平進(jìn)行外校準。方法：輕按CAL鍵當顯示器出現CAL-時(shí)，即松手，顯示器就出現CAL-100其中“100”為閃爍碼，表示校準砝碼需用100g的標準砝碼。此時(shí)就把準備好“100g”校準砝碼放上稱(chēng)盤(pán)，顯示器即出現“——”等待狀態(tài)，經(jīng)較長(cháng)時(shí)間后顯示器出現100.000g，拿去校準砝碼，顯示器應出現0.000g，若出現不是為零，則再清零，再重復以上校準操作。

　　4.影響電子天平質(zhì)量控制的因素

　　4.1預熱

　　天平的預熱時(shí)間是保證天平示值穩定的關(guān)鍵。預熱時(shí)間的長(cháng)短除與天平的檢定分度值和檢定分度數有關(guān)，規程第 18 條規定天平檢定前應預熱 0.5h 以上，但 0.5h 以上多長(cháng)的預熱時(shí)間比較合適?這時(shí)就要根據各天平使用說(shuō)明書(shū)上的要求，同時(shí)天平的預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(xiàn)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(xiàn)圈中的電流I及線(xiàn)圈長(cháng)度L成正比。當天平處于預熱階段時(shí)，隨著(zhù)內部溫度升高，磁通B會(huì )逐漸下降，同時(shí)I也會(huì )減小，這樣就導致F變小，天平失去平衡，示值會(huì )呈現正的單方向漂移。電子天平在稱(chēng)量前要充分預熱。只有經(jīng)過(guò)充分預熱，使磁鋼達到熱平衡，這一變化過(guò)程結束，天平才達到平衡。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(chēng)量結果和回零情況。

　　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)現被測質(zhì)量向重力再向電流信號的轉換，其測量結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，電子天平必須根據天平的使用地點(diǎn)實(shí)施重力加速度補償。

　　內置校準砝碼補償方法及其不足。目前的電子天平普遍采用內置校準砝碼的補償方法，即在電子天平內部設置一個(gè)校準砝碼，通過(guò)對校準砝碼的稱(chēng)量得出當地的g值。這種補償方法需要增加電子分析天平的機械加載機構和自校專(zhuān)用砝碼，因此提高了產(chǎn)品成本和工藝復雜性。而且，內置砝碼在長(cháng)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。

　　外附校準砝碼補償方法。將校準砝碼改為通用標準砝碼，作為電子分析天平的附件，直接通過(guò)稱(chēng)盤(pán)加載稱(chēng)量，可進(jìn)行重力加速度的自動(dòng)校準，實(shí)現重力加速度對天平稱(chēng)量影響的自動(dòng)補償。由于外附校準砝碼的準確度能夠得到保證，重力加速度的補償精度高，已獲得廣泛應用。

　　4.4環(huán)境溫度變化的影響

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

　　產(chǎn)生的最大誤差達2?5×10-6×5×100=1?25mg，因此，當環(huán)境溫度變化較大時(shí)，應對電子天平進(jìn)行校準，以保證稱(chēng)量結果的準確。

　　結論

　　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量性能的前提，而電子天平的校準又為精密的質(zhì)量控制提供了重要保障。為了使電子天平獲得更高等級的精確度，必須參照國家計量檢定規程，按著(zhù)電子天平的綜合性能特性來(lái)進(jìn)行檢定。