電子天平的校驗與質量控制的關系

                      電子天平的校驗與質量控制的關系  

摘要:電子技術隨著時代的發展日新月異,電子天平的不斷發展和完善,逐步形成取代機械天平之勢。電子天平采用了現代傳感器技術、電子技術和微型計算機技術,具有操作簡便、稱量速度快、自動化程度高、智能化功能強度等機械天平無可比擬的優越性。本文從電子天平原理出發,對電子天平的校驗與質量控制的關系進行論述。
    關鍵詞:電子天平；檢定；質量控制     
    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為受力導線的長度；I為流過導線的電流；θ為通電導體與磁場的夾角。    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，電磁力平衡式傳感器處于平衡狀態。加載后，感應線圈的位置發生改變。光電傳感器中的光敏三極管所接收的光線強度的改變，其輸出電流也改變，該變化量經微處理后,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。同時，微處理器將電磁線圈的電流變化量轉變為數字信號，迅速在顯示屏上顯示出來。    
     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zui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說，主要進行以下幾項驗定：  
    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的砝碼加在天平盤上(其中有10個d/10的小砝碼)，然后逐個取下d/10的小砝碼至顯示值變為L-d時，再加上一個d/10的小砝碼，此時將質量為1.4d的砝碼輕輕加到稱盤上，顯示值應變為L+d。但在一般情況下，在用電子天平的鑒別力不會有問題，所以多數情況下可以直接用質量為1.4d小砝碼試一下即可,對于d≤1mg或e>2d的電子天平,規程中說明允許免檢其鑒別力。       2.2各載荷點zui大允許誤差的檢定     電子天平的zui大允許誤差是指天平的線性度(或稱線性誤差),它與天平的準確度等級和稱量有關，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，除按規程要求選取檢定點外，還應根據被檢電子天平的e與d關系來確定是否應該對每一被檢點采用附加小砝碼，尋求數字轉換點的方法來找到該檢定點的實際模擬值,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下進行,測定次數應根據電子天平準確度級別的不同而異,檢定過程及數據處理方法按非自動天平檢驗規定進行,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進行湊整計算的過程,而直接用天平示值減去砝碼質量值來計算重復性誤差。對重復性誤差可用極差法或標準偏差法來評定,但以極差法常用。
    2.4偏載檢驗(四角誤差檢驗)     進行此項檢驗，應注意根據使用要求來確定是用滿載還是1/3FS作為檢驗載荷，因為不同的檢驗載荷zui終檢驗結果是不同的。同時非自動天平檢驗規定要求：標準天平四角誤差等于zui大值與zui小值之差：而非標準天平等于各點修正后的示值誤差中的zui大者,但規程允許用各點的示值與中心點的示值之差的zui大者作為四角誤差來簡化檢定程序。在實際檢定工作中，根據實際情況靈活操作。 
    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，一般選取兩個載荷點，即：（1/3）Max，（2/3）Max。在相同載荷下所得兩結果之間的差值，不得超過該載荷時的zui大允許誤差的值。      
    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指標的。因存放時間較長，位置移動，環境變化或為獲得測量，電子衡器在使用前一般都應進行校正操作。校正方法分內部校正和外部校正兩種。目前市場流通校正方法多種多樣，各個電子衡器生產廠家對此方面的研發各不相同，都在朝著著便于用戶操作方向發展。通常廠家在說明書中均有詳細操作步驟，因為電子衡器的校正較為專業，如果不仔細研讀說明書很容易忽略. 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。 
    (2)按說明書的要求進行預熱。
    (3)天平秤盤上無物品。  
    (4)關閉擋風窗,在天平置零的情況下進行。     下面以慈溪天東衡器廠的HX型電子天平為例說明如何對天平進行外校準。方法：輕按CAL鍵當顯示器出現CAL-時，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。此時就把準備好“100g”校準砝碼放上稱盤，顯示器即出現“——”等待狀態，經較長時間后顯示器出現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.影響電子天平質量控制的因素     
    4.1預熱     天平的預熱時間是保證天平示值穩定的關鍵。預熱時間的長短除與天平的檢定分度值和檢定分度數有關，規程第 18 條規定天平檢定前應預熱 0.5h 以上，但 0.5h 以上多長的預熱時間比較合適？這時就要根據各天平使用說明書上的要求，同時天平的預熱和天平的精度有密切的關系。     電磁力平衡式傳感器的溫度變化主要來源于環境溫度的變化和過流元件的發熱。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。這個電磁力,是由流經線圈中與物體質量成正比的電流在*磁鋼的磁通B、流經線圈中的電流I及線圈長度L成正比。當天平處于預熱階段時,隨著內部溫度升高,磁通B會逐漸下降,同時I也會減小,這樣就導致F變小,天平失去平衡,示值會呈現正的單方向漂移。電子天平在稱量前要充分預熱。只有經過充分預熱,使磁鋼達到熱平衡,這一變化過程結束,天平才達到平衡。再利用置零/去皮功能,使顯示置零,此時天平才處于真正可使用狀態。   
    4.2預壓     天平在停止工作一段時間后可能進入休眠狀態，為使天平盡快進入工作狀態，檢定前zui好用砝碼多次加載，否則天平進程示值與回程示值之差將明顯增大，加載時不必在意稱量結果和回零情況。
    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現被測質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。而重力加速度的大小與天平使用地點的緯度、海拔高度、地殼密度、地下水變化等諸多因素有關,是隨地點而變的。因此,電子天平必須根據天平的使用地點實施重力加速度補償。     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校準砝碼,通過對校準砝碼的稱量得出當地的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用砝碼,因此提高了產品成本和工藝復雜性。而且,內置砝碼在長期使用后,難以進行砝碼檢定和表面清潔處理,易于造成電子分析天平的時漂誤差。     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,直接通過稱盤加載稱量,可進行重力加速度的自動校準,實現重力加速度對天平稱量影響的自動補償。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。