影響電子天平準確性的因素分析

　　(一)預熱天平

　　首先,電子天平在稱(chēng)量前要充分預熱。電子天平的基本工作原理是平衡,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中產(chǎn)生的。電磁力F的大小與磁鋼的磁通量、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,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。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。再利用回零/去皮功能,使顯示回零,此時(shí)天平才處于真正可使用狀態(tài)。 濕度傳感器探頭 , , 不銹鋼電熱管 PT100 傳感器 , , 鑄鋁加熱器 , 加熱圈 流體電磁閥

　　為了減少電子器件,例如變壓器、橋式整流器、三端直流穩壓集成電路等發(fā)熱器件的影響,新一代的電子天平已將主要發(fā)熱器件變壓器移到天平的外部,成為一個(gè)獨立部分。對于實(shí)際分度值為1g或01g的微量或超微量天平,都是將稱(chēng)量室與電子部分分開(kāi)成兩個(gè)獨立的部分。其目的即是為了減小熱噪聲對傳感器的熱影響,以利于更為穩定與準確地稱(chēng)量。影響電子天平準確性的因素分析

　　另外,電子天平通常都沒(méi)有類(lèi)似家用電器的電源開(kāi)關(guān),只要給天平通電,即使顯示器上無(wú)顯示,天平也已處于預熱狀態(tài)。天平上的ON/OFF鍵只是開(kāi)關(guān)顯示器而已。因此經(jīng)常稱(chēng)量的天平不必拔掉電源,尤其是高準確度天平,在條件許可的情況下,長(cháng)期不斷電可保持天平始終處于預熱狀態(tài)。影響電子天平準確性的因素分析

　　對于進(jìn)行計量檢定的或實(shí)際分度值d達到001mg的電子天平,預熱時(shí)間至少為5小時(shí);對于d達到0001mg的微量和超微量電子天平,則需預熱24小時(shí)以上。對于使用中的天平,預熱時(shí)間可適當減少,當顯示器上的示值不再呈現單方向漂移時(shí),回零/去皮后即可進(jìn)行稱(chēng)量。影響電子天平準確性的因素分析

　　(二)運動(dòng)天平

　　電子天平預熱好以后,不要立即進(jìn)行稱(chēng)量,而要短暫地加載、卸載,以運動(dòng)天平。這一點(diǎn)往往容易被忽視。電子天平的傳感器通常是由9或11片簧片構成的彈性支承體,天平傳感器就是利用這些簧片進(jìn)行力的傳遞,使天平在平衡失衡再平衡的過(guò)程之中完成稱(chēng)量。然而,在天平處于通電預熱階段或較長(cháng)時(shí)間停止稱(chēng)量時(shí),天平傳感器是處于停止工作的休眠狀態(tài),當然簧片也處于休眠狀態(tài),其恢復性能不佳,若這時(shí)進(jìn)行稱(chēng)量,勢必會(huì )引起天平加載后回零不佳,示值穩定性不好,重復性差。這就好比一個(gè)人經(jīng)過(guò)了一個(gè)晚上的睡眠,筋骨完全處于放松狀態(tài),若一早起來(lái),就進(jìn)行大運動(dòng)量工作或運動(dòng),這個(gè)人肯定吃不消,也出不了好成績(jì),為此須進(jìn)行熱身運動(dòng),活動(dòng)筋骨,他才能取得好的工作效率和成績(jì)。

　　運動(dòng)天平的方法是用相當于天平最大秤量的砝碼或物體加載到秤盤(pán)上,然后再卸載,此時(shí)并不在乎加載示值和是否回零,如此反復10次以上,使傳感器的簧片從休眠狀態(tài)逐漸進(jìn)入工作狀態(tài),天平才能穩定地稱(chēng)量。

　　對于進(jìn)行計量檢定天平,這一步是必不可少的,否則會(huì )得不到好的稱(chēng)量結果。這已為大量事實(shí)所證明。對于使用中的天平,若實(shí)際分度值d!01mg,可以不作或減少加、卸載次數,回零/去皮后即可進(jìn)行稱(chēng)量。對于d001mg的半微量、微量和超微量天平,則必須進(jìn)行這一步,否則得不到穩定的稱(chēng)量結果;若這類(lèi)天平有一段較長(cháng)時(shí)間(超過(guò)30分鐘)停止工作,在重新開(kāi)始稱(chēng)量前也需要再進(jìn)行短暫的加、卸載來(lái)運動(dòng)天平。

　　(三)校準天平

　　這是正確使用電子天平必不可少的重要一步,任何電子天平不進(jìn)行校準,就得不到準確的稱(chēng)量結果。有些用戶(hù)以為校準天平只是計量部門(mén)的事,一旦天平檢定合格,使用中就不必再校準了。其實(shí)計量部門(mén)對天平進(jìn)行的是計量性能檢定,主要包括對天平的偏載誤差(即四角誤差),以及各個(gè)載荷點(diǎn)的準確性及重復性檢定,當然在計量檢定前必須先校準天平,否則同樣得不到正確的檢定數據。用戶(hù)在每次使用前,都必須校準天平的理由有兩個(gè):

　　1天平稱(chēng)量的是物體的質(zhì)量,而不是重量。也就是說(shuō),使用任何一臺天平,不管這臺天平放置在地球上的任何地方,也不管這臺天平放置在什么高度,稱(chēng)量同一物體,由于物體的質(zhì)量是不變的,因此稱(chēng)量的結果應該完全相同。然而地球存在地心引力,任何一個(gè)有質(zhì)量的物體其重量都會(huì )受到重力加速度的影響。例如一個(gè)物體在一樓時(shí),稱(chēng)得的質(zhì)量正好是2000000g,而在四樓(10m高度)時(shí)就變成了19999937g。顯然,由于重力的影響,當我們用電子天平稱(chēng)量時(shí)就無(wú)法得到相同的稱(chēng)量結果。這就需要應用校準技術(shù)。

　　我們知道,對于雙盤(pán)等臂機械天平而言,當左盤(pán)物體的重量(重力)與右盤(pán)砝碼的重量(重力)相平衡時(shí)由于同一地方的重力加速度值相等,左右相消,故物體的質(zhì)量就等于砝碼的質(zhì)量,自然完成了稱(chēng)量物體質(zhì)量的目的。對于電子天平而言,與這種機械天平相同之處在于利用平衡原理,不同之處是用電磁力取代了平衡物體重量(重力)的砝碼重量(重力)。同理,只要物體的重力與電磁力相平衡,則用電子天平稱(chēng)量的結果就是物體的質(zhì)量。

　　為了得到準確的物體質(zhì)量,光有電子天平還不行,還必須應用校準技術(shù)�，F在讓我們先看看校準的過(guò)程,以外校為例,如AB204N天平,進(jìn)入校準程序后,在天平的顯示屏上出現一個(gè)閃動(dòng)的2000000,這個(gè)數字就是天平校準所要求的砝碼值,此時(shí),將2000000g砝碼放置到稱(chēng)盤(pán)上,天平將經(jīng)歷失衡到再平衡的過(guò)程,當顯示屏上變?yōu)殚W動(dòng)的00000時(shí),將砝碼取下,就完成了整個(gè)校準過(guò)程。當然用于平衡2000000g的是電磁力。隨著(zhù)溫度的波動(dòng)磁通量還會(huì )有變化,顯然主要改變電磁力大小的是流經(jīng)線(xiàn)圈中的電流值,因此,在校準過(guò)程中,天平實(shí)際是尋找一個(gè)與2000000g相對應的平衡電流值�，F在讓我們再回到上面的例子,在一樓時(shí),我們對天平進(jìn)行了校準,找到相對應的平衡電流,記為I1,稱(chēng)量結果是200.0000g。如果將天平搬到四樓(10m高度),不再重新校準天平,顯而易見(jiàn),由于I1產(chǎn)生的電磁力大小沒(méi)有改變,而由于重力加速度g值變小,重力變輕,天平就會(huì )失去平衡,稱(chēng)量結果就成了19999937g, 結果出錯。因此,當天平搬到四樓后,要重新對天平進(jìn)行校準,重新尋找相對應的平衡電流值記為I2。顯然I2

　　工作中,我們并不只是稱(chēng)量校準時(shí)的2000000g,而是在秤量范圍內的質(zhì)量,注意是在天平的最小秤量與最大秤量之內,即在允許誤差范圍內的準確稱(chēng)量。根據電子天平的平衡原理和應用了校準技術(shù),在天平空載時(shí)得到一相對應的空載平衡電流I0,另外通過(guò)對要求的校準砝碼校準時(shí)也得到一相對應的校準平衡電流Ical,只要天平的線(xiàn)性足夠好,天平就會(huì )自動(dòng)在I0與Ical所連接的線(xiàn)段內找到與該物體相對應的平衡電流IB,然后通過(guò)天平的電子部分轉換成該物體的準確質(zhì)量,通過(guò)天平顯示屏顯示出來(lái),這就是應用了校準技術(shù),準確稱(chēng)量一物體的全過(guò)程。

　　2當天平放置在同一個(gè)地方,稱(chēng)量同一物體,由于沒(méi)有重力的影響,似乎就不需要在每次稱(chēng)量前進(jìn)行校準了。其實(shí)不然,由于環(huán)境溫度的變化及波動(dòng)直接影響傳感器自身的溫度變化,如前所述,這會(huì )導致磁通量和流經(jīng)線(xiàn)圈中的電流也隨之發(fā)生變化, 電磁力發(fā)生變化。當然最后又會(huì )使天平稱(chēng)量結果不準確。盡管電子天平都有溫度補償功能,但它只有在小的溫度波動(dòng)范圍內有效,溫度超過(guò)一定的限度,它是無(wú)法補償的。最終還是要靠校準技術(shù)進(jìn)行校準,才保證準確稱(chēng)量。

　　為了天平不因環(huán)境溫度變化和波動(dòng)而影響天平準確稱(chēng)量,梅特勒托利多公司最近推出了先進(jìn)的校準技術(shù)FACT(即全自動(dòng)校準技術(shù))。它能始終保證天平在允許誤差范圍內準確稱(chēng)量。應用這種校準技術(shù),天平隨時(shí)檢測自身的準確度,一旦超過(guò)允許誤差范圍,天平會(huì )進(jìn)行自動(dòng)校準。

　　國內絕大多數用戶(hù),使用電子天平都是下班斷電,上班通電,因此在保證天平預熱好的前提下,使用前對天平進(jìn)行校準就顯得更加有必要。切不可不校準天平就開(kāi)始稱(chēng)量,這是絕對得不到準確稱(chēng)量結果的。在條件許可的情況下,我們建議大家不要關(guān)斷天平電源,讓其長(cháng)期保持通電預熱狀態(tài),天平將會(huì )穩定、準確地工作。

　　(四)使用天平

　　只有完成上述三個(gè)步驟后,才能使用天平進(jìn)行穩定、準確地稱(chēng)量。

　　總而言之,正確使用天平分為四個(gè)步驟,即預熱天平、運動(dòng)天平、校準天平、使用天平。

　　二、關(guān)于樣品本身自然物理特性和變化影響的問(wèn)題

　　(一)樣品和容器的溫度

　　當樣品和容器的溫度與天平稱(chēng)量室的溫度不相同,存在一個(gè)溫度差,此差異導致了沿稱(chēng)量容器外側流動(dòng)的不同方向的氣流,此氣流產(chǎn)生一個(gè)向上或向下的作用力,在這個(gè)動(dòng)態(tài)空氣浮力的作用下就會(huì )產(chǎn)生錯誤的稱(chēng)量結果。

　　為了解決樣品和容器的溫度影響,在稱(chēng)量時(shí),要保持樣品同稱(chēng)量室具有相同的溫度后再進(jìn)行稱(chēng)量,不要用直接從干燥器或冰箱里取出的樣品稱(chēng)量;為避免手溫對容器的影響,要使用鑷子夾取容器;尤其要注意,盡可能避免手進(jìn)入天平稱(chēng)量室,引起稱(chēng)量室溫度升高,為此可使用長(cháng)柄鑷子夾取容器,或者使用長(cháng)柄樣品勺添加樣品;當然,在使用容器的形狀上也要注意,應使用表面積較小的容器,減少溫度的影響。

　　(二)樣品的吸濕性或揮發(fā)性

　　在稱(chēng)量一些具有吸濕性的樣品時(shí),天平顯示值會(huì )緩慢增大,反之,稱(chēng)量一些具有揮發(fā)性的樣品時(shí),天平顯示值會(huì )越來(lái)越小。這一現象還往往被一些用戶(hù)誤解,以為是天平自身漂移所致,其實(shí)不然。

　　(三)樣品和容器的靜電現象

　　稱(chēng)量容器一旦有了靜電,會(huì )導致天平顯示值長(cháng)時(shí)間不穩定,無(wú)法穩定顯示準確的稱(chēng)量結果,當然重復性很差。此靜電主要是粉末狀或顆粒狀樣品與這類(lèi)絕緣容器摩擦而產(chǎn)生,如果沒(méi)有良好的泄放途徑,這些靜電就不能消除或者至少需要幾小時(shí)才能緩慢地消除。為了消除樣品和容器的靜電,簡(jiǎn)單的辦法是讓三芯電源插座的接地端與大地有良好的接觸,標準實(shí)驗室尤其要注意,應該采用一根專(zhuān)門(mén)的接地線(xiàn),埋入大地,然后將接地線(xiàn)引入電源插座的接地端,使用加濕器增加空氣濕度,理想的相對空氣濕度為45%~60%。在溫暖干燥的冬季,可在天平稱(chēng)量室內放置一杯水,1~2小時(shí)后取出,增加稱(chēng)量室內的空氣濕度;注意選擇不同材料的稱(chēng)量容器,盡量避免用塑料容器,它極易產(chǎn)生靜電。玻璃容器這方面的性能優(yōu)于塑料容器,金屬容器更好;使用專(zhuān)門(mén)的消除靜電的裝置。

　　(四)磁性樣品和容器磁化稱(chēng)量

　　磁化了的物體,由于磁性物體與不銹鋼稱(chēng)量盤(pán)相互吸引,會(huì )產(chǎn)生出多余的力被天平誤以為是加載,影響準確稱(chēng)量,導致稱(chēng)量結果依賴(lài)其在秤盤(pán)上位置,稱(chēng)量結果重復性很差。這種稱(chēng)量現象容易被發(fā)現,但用戶(hù)往往忽視其產(chǎn)生的原因,或者根本就不從這方面去考慮,誤認為是天平自身重復性差。解決這一影響的最基本思路是加大樣品和容器與稱(chēng)量盤(pán)之間的距離,減弱磁力的影響。最常用的是采用下掛秤盤(pán),加大它與稱(chēng)量室內的秤盤(pán)距離,也可將樣品放置在非磁性的支承物如高的玻璃量杯,鋁、銅支架上,加大與稱(chēng)盤(pán)的距離。在條件許可的情況下,對樣品和容器進(jìn)行去磁,還可以將樣品放置在導磁良好的合金容器內,讓其磁力線(xiàn)沿合金容器內壁形成自封閉,減少磁力的影響。