電子天平雖然具有機(jī)械天平*的優(yōu)點(diǎn)，但經(jīng)過運(yùn)輸及使用中各種因素的影響，量值和秤量準(zhǔn)確度會(huì)發(fā)生變化，所以必須要進(jìn)行校驗(yàn)和質(zhì)量控制。本文以JJG 1036-2008《電子天平》為依據(jù)探討了電子天平的校驗(yàn)方法和質(zhì)量控制原則，并簡要介紹了電子天平的工作原理。

　　電子天平主要是依靠傳感器來秤量物體質(zhì)量(重力)的天平。電子天平因其秤量迅速、準(zhǔn)確、讀數(shù)直觀而廣到歡迎，應(yīng)用場合也越來越普遍，很多企業(yè)和科研單位已用電子天平代替機(jī)械天平進(jìn)行秤量操作。但電子天平同其他天平樣，在使用過程中受到各種因素的影響，量值和秤量準(zhǔn)確度會(huì)發(fā)生變化，因此必須定期進(jìn)行校驗(yàn)和調(diào)整，以保證質(zhì)量量值傳遞的準(zhǔn)確和可靠。本文分析和闡述了電子天平的工作原理、校驗(yàn)方法，并對(duì)影響電子天平質(zhì)量控制的因素進(jìn)行了探討。

　　1工作原理

　　電子天平的核心部件是電子傳感器，傳感器的類型主要有應(yīng)變式、電容式和電磁平衡式三種，本文簡要介紹應(yīng)變式和電磁平衡式電子天平的工作原理。

　　1.1 電磁平衡式傳感器電子天平原理

　　通電后導(dǎo)體在磁場中切割磁力線產(chǎn)生的電磁力(即洛倫磁力)可用下式[1]表示：

　　式中：——電磁力;

　　——電流強(qiáng)度;

　　——電磁感應(yīng)強(qiáng)度;

　　——與之間的夾角。

　　天平空載時(shí)，電磁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)生變化，光電傳感器采集到位置變化信號(hào)，通過控制電磁線圈中電流變化，使電磁平衡式傳感器重新處于平衡狀態(tài)。微處理器將電磁線圈中的電流變化量，轉(zhuǎn)化為數(shù)字顯示在顯示屏上，就是看到的秤量數(shù)據(jù)[2]。

　　1.2應(yīng)變式傳感器電子天平原理

　　空載時(shí)應(yīng)變式傳感器的阻值不變，通過橋式電路輸入到放大器的電壓為零;加載后應(yīng)變式傳感器受到應(yīng)變，其阻值發(fā)生變化，其變化量通過橋式電路輸入到放大器反映出來，經(jīng)微處理器處理顯示在顯示屏上，就是秤量的質(zhì)量。

　　2 電子天平的校驗(yàn)方法

　　2.1 檢定方法

　　2.1.1 檢定標(biāo)準(zhǔn)和項(xiàng)目

　　電子天平檢定和檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)是JJG 1036-2008《電子天平》。檢定和檢驗(yàn)項(xiàng)目主要是外觀檢查、偏載誤差、重復(fù)性和示值誤差四個(gè)大項(xiàng)，使用中的檢驗(yàn)除外觀檢查外，其余三項(xiàng)都要檢驗(yàn)。

　　2.1.2 外觀檢查

　　外觀檢查項(xiàng)目包括：⑴檢查天平的標(biāo)記是否完備、清晰。標(biāo)記中*的標(biāo)記有12項(xiàng)，其他必要的標(biāo)記有4項(xiàng)，其中需要關(guān)注的是準(zhǔn)確度別、大秤量()、小秤量()、實(shí)際分度值()、檢定分度值()這幾項(xiàng)。⑵結(jié)構(gòu)性要求，如適用性、可靠性、功能性要求等。在客戶現(xiàn)場檢驗(yàn)時(shí)還要檢查工作臺(tái)的穩(wěn)固性和防震性;送檢的天平要在檢驗(yàn)室存放24h以上，以使天平與室內(nèi)環(huán)境溫濕度平衡[3]。

　　2.1.3偏載誤差

　　偏載誤差是同載荷在天平秤盤不同位置的示值誤差。試驗(yàn)時(shí)的載荷選擇大秤量(包括大加法去皮效果)的標(biāo)準(zhǔn)砝碼。砝碼放置的位置如圖1所示。

　　圖1 偏載誤差檢定稱重砝碼放置位置圖

　　試驗(yàn)時(shí)應(yīng)對(duì)砝碼放置的位置進(jìn)行計(jì)數(shù)和記錄，每放置次應(yīng)該置零次;檢定圖1中5個(gè)位置的示值，大誤差的值減去小誤差的值(加載或卸載時(shí))所得結(jié)果小于大允許誤差()時(shí)該項(xiàng)合格。

　　2.1.4重復(fù)性

　　重復(fù)性是檢驗(yàn)同載荷多次秤量結(jié)果之間的差值。天平重復(fù)性檢驗(yàn)應(yīng)在空載和加載條件下進(jìn)行，天平具有自動(dòng)置零或零點(diǎn)跟蹤功能時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇該功能。試驗(yàn)載荷選擇大秤量的單個(gè)砝碼，測試次數(shù)至少6次。由于該項(xiàng)試驗(yàn)對(duì)環(huán)境比較敏感，所以要求測試環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，盡量屏蔽外界干擾。重復(fù)性結(jié)果用計(jì)算，其中是加載時(shí)天平示值誤差的大值，是加載時(shí)天平示值誤差的小值。當(dāng)時(shí)該項(xiàng)合格。

　　2.1.5示值誤差

　　示值誤差是采用高等的標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)電子天平進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)砝碼的量值是約定真值，或?qū)嶋H值、校準(zhǔn)值、標(biāo)準(zhǔn)值。檢定時(shí)采用直接測量法，得到天平示值與標(biāo)準(zhǔn)砝碼值之差就是示值誤差。

　　試驗(yàn)示值誤差是從零載荷逐漸加至大秤量后，再逐漸卸載到零載荷時(shí)為止。試驗(yàn)載荷必須包含4個(gè)載荷點(diǎn)：空載、小秤量、大允許誤差轉(zhuǎn)折點(diǎn)的載荷和大秤量。加載或卸載的次數(shù)，檢定至少10個(gè)點(diǎn);后續(xù)檢定或使用中檢驗(yàn)，至少6個(gè)點(diǎn)。所測所有的示值誤差(零點(diǎn)修正后)時(shí)，該項(xiàng)合格。

　　2.1.6檢定周期

　　電子天平的檢定或校準(zhǔn)周期般不得超過1年。

　　2.2 校準(zhǔn)方法

　　在判定臺(tái)電子天平合格與否時(shí)不能忽略校準(zhǔn)操作。因?yàn)椴糠痔炱绞褂幂^長時(shí)間未進(jìn)行校準(zhǔn)，因而在對(duì)其進(jìn)行測試時(shí)誤差較大;同時(shí)有些天平存放時(shí)間較長，位置變動(dòng)，或環(huán)境變化等影響，這些因素決定天平在使用前需要進(jìn)行校準(zhǔn)操作。電子天平的校準(zhǔn)，應(yīng)參考的檢定規(guī)程，并根據(jù)生產(chǎn)廠家說明書進(jìn)行操作。

　　電子天平的校準(zhǔn)分內(nèi)校和外校兩種方式。無論采取哪種方法，在校準(zhǔn)前必須完成以下準(zhǔn)備工作：⑴天平已調(diào)水平或已處于水平狀態(tài);⑵預(yù)熱;⑶秤盤空載;⑷擋風(fēng)窗已關(guān)閉。

　　內(nèi)校方法：具有自動(dòng)內(nèi)校功能的電子天平，按住CAL鍵，天平自動(dòng)校準(zhǔn)，不用砝碼。如果校準(zhǔn)時(shí)顯示“Err”，重新清零后再進(jìn)行校準(zhǔn)。

　　外校方法：以JA1203型電子天平為例說明。天平開機(jī)自檢時(shí)，輕按CAL鍵至顯示屏出現(xiàn)“CAL-”時(shí)松手，這時(shí)出現(xiàn)“CAL-100”的字樣，其中“100”不停閃爍;將準(zhǔn)備好的100g標(biāo)準(zhǔn)砝碼放在秤盤上，顯示屏上出現(xiàn)“----”等待符號(hào);經(jīng)過較長段時(shí)間后，顯示屏上出現(xiàn)“1000.000g”;取出標(biāo)準(zhǔn)砝碼，顯示屏上應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)“0.000g”字樣，如果不出現(xiàn)這個(gè)字樣，應(yīng)當(dāng)清零后重復(fù)以上操作直至出現(xiàn)該字樣時(shí)為止。為了得到更準(zhǔn)確的校正結(jié)果，應(yīng)當(dāng)重復(fù)以上校準(zhǔn)步驟兩次。

　　日常工作中，天平移動(dòng)位置或天氣溫度明顯變化，均應(yīng)進(jìn)行內(nèi)校或定期外校。

　　3 電子天平的質(zhì)量控制

　　3.1 預(yù)熱

　　電子天平必須經(jīng)過充分的預(yù)熱才能保證示值的穩(wěn)定。預(yù)熱時(shí)間長短與天平的傳感器類型、結(jié)構(gòu)等有關(guān)，還與檢定分度值和檢定分度數(shù)相關(guān)，具體預(yù)熱時(shí)間應(yīng)當(dāng)依照電子天平生產(chǎn)廠家說明書要求執(zhí)行。

　　3.2 預(yù)壓

　　電子天平停止工作段時(shí)間后會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)，為了讓天平盡快進(jìn)入工作狀態(tài)，檢定前應(yīng)當(dāng)使用砝碼多次加載。如果休眠后立即開始檢定工作，天平進(jìn)程示值與回程示值的差值會(huì)明顯增大。預(yù)壓時(shí)不用關(guān)注秤量結(jié)果和回零情況。

　　3.3 重力加速度的影響

　　采用電磁平衡式傳感器的電子天平，在秤量時(shí)被測質(zhì)量轉(zhuǎn)換為重力，再轉(zhuǎn)為電流信號(hào)的過程中，測量結(jié)果與重力加速度關(guān)系密切。重力加速度與緯度、海拔高度、地殼密度等各種因素有關(guān)，因此電子天平需要對(duì)重力加速度進(jìn)行修正補(bǔ)償。

　　內(nèi)置校準(zhǔn)砝碼的補(bǔ)償。般通過對(duì)內(nèi)置砝碼進(jìn)行秤量后計(jì)算得出當(dāng)?shù)氐闹怠?/p>

　　外附校準(zhǔn)砝碼的補(bǔ)償。般用標(biāo)準(zhǔn)砝碼代替外附校準(zhǔn)砝碼進(jìn)行秤量，可進(jìn)行重力加速度的自動(dòng)校準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)重力加速度的自動(dòng)補(bǔ)償。

　　3.4 環(huán)境溫度變化的影響

　　溫度變化會(huì)造成電子天平靈敏度漂移而產(chǎn)生測量偏差，故此需要對(duì)溫度變化進(jìn)行校正，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確。

作者：李杰興 來源：城市建設(shè)理論研究 2012年26期