漫谈电子天平
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名：电子天平
字：重力电磁力转换器
号：电子称
一、原理
电子天平采用了现代电子控制技术，利用电磁力平衡原理实现称重。即测量物体时采用电磁力与被测物体重力相平衡的原理实现测量，当称盘上的加上或除去被称物时，天平则产生不平衡状态，此时可以通过位置检测器检测到线圈在磁钢中的瞬间位移，经过电磁力自动补偿电路使其电流变化以数字方式显示出被测物体重量。
天平的在使用的过程中会受到所处环境温度、气流、震动、电磁干扰等因素影响，因此我们要尽量避免或减少在这些环境下使用。
与其他种类的天平不同，电子天平应用了现代电子控制技术进行称量，无论采用何种控制方式和电路结构，其称量依据都是电磁力平衡原理。其特点是称量准确可靠，显示快速清晰并且具有自动检测系统、简便的自动校准装置和超载保护等装置。
电子天平的重要特点是在测量被测物体的质量时不用测量砝码的重力，而是采用电磁力与被测物体的重力相平衡的原理来测量的。秤盘通过支架连杆与线圈连接，线圈置于磁场内。在称量范围内时，被测重物的重力mg通过连杆支架作用于线圈上，这时在磁场中若有电流通过，线圈将产生一个电磁力F，方向向上，可用下式表示：F=KBLI
其中K为常数(与使用单位有关)，B为磁感应强度，L为线圈导线的长度，I为通过线圈导线的电流强度。电磁力F和秤盘上被测物体重力mg大小相等、方向相反而达到平衡，同时在弹性的作用下使秤盘支架回复到原来的位置。即处在磁场中的通电线圈，流经其内部的电流I与被测物体的质量成正比，只要测出电流I即可知道物体的质量m。
若称盘上的加上或除去被称物时，电子天平则产生不平衡状态，通过位置检测器检测到线圈在磁钢中的瞬态位移，经PID调节器和前置放大器产生一个变化量输出，经过一系列处理使流经线圈的电流发生变化，这样使电磁力也随之变化并与被测物相抵消从而使线圈回到原来的位置，达到新的平衡状态。这就是电子天平的电磁力自动补偿电路原理。电流的变化则通过数字显示出被称物体的质量。天平在使用过程中，其传感器和电路在工作过程中受温度影响，或传感器随工作时间变化而产生的某些参数的变化，以及气流、振动、电磁干扰等环境因素的影响，都会使电子天平产生漂移，造成测量误差。其中，气流、振动、电磁干扰等环境温度的影响可以通过对电子天平的使用条件加以约束，将其影响程度减小到最低限度。而温漂主要是来自环境温度的影响和天平内部的自身影响，其形成的原因复杂，产生的漂移大，必须加以抑制。
二、结构
(1)秤盘
秤盘多为金属材料制成,安装在天平的传感器上,是天平进行称量的承受装置。它具有一定的几何外形和厚度,以圆形和方形的居多。使用中应留意卫生清洁,更不要随意掉换秤盘。
(2)传感器
传感器是的关键部件之一,由外壳、磁钢、极靴和线圈等组成,装在秤盘的下方。它的精度很高也很灵敏。应保持天平称量室的清洁,切忌称样时撒落物品而影响传感器的正常工作。
(3)位置检测器位置检测器是由高灵敏度的远红外发光管和对称式光敏电阻组成的。它的作用是将秤盘上的载荷转变成电信号输出。
(4)PID调节器
PID(比例、积分、微分)调节器的作用,就是保证传感器快速而稳定地工作。
(5)功率放大器
其作用是将微弱的信号进行放大,以保证天平的精度和工作要求。
(6)低通滤波器
它的作用是排除外界和某些电器元件产生的高频信号的干扰,以保证传感器的输出为一恒定的直流电压o
(7)模数(A/D)转换器
它的优点在于转换精度高,易于自动调零能有效地排除干扰,将输进信号转换成数字信号。
(8)微计算机
此部件可说是电子天平的关键部件了o它是电子天平的数据处理部件,它具有记忆、计算和查表等功能o
(9)显示器
现在的显示器基本上有两种:一种是数码管的显示器;另一种是液晶显示器。它们的作用是将输出的数字信号显示在显示屏幕上。
(10)机壳
其作用是保护电子天平免受到灰尘等物质的侵害,同时也是电子元件的基座等。
(11)底脚
电子天平的支撑部件,同时也是电子天平水平的调节部件,一般均靠后面两个调整脚来调节天平的水平。
三、分类
一)电子天平按电子天平的精度分为以下几类（注意不要简单的理解为千分之一或万分之一天平）
1、超微量电子天平：
超微量天平的最大称量是2至5g，其标尺分度值小于（最大）称量的10 -6，如Mettler的UMT2型电子天平等属于超微量电子天平。2、微量天平：
微量天平的称量一般在3至50g，其分度值小于（最大）称量的10 -5，如Mettler的AT21型电子天平以及Sartoruis的S4型电子天平。3、半微量天平：
半微量天平的称量一般在20至100g，其分度值小于（最大）称量的10 -5，如Mettler的AE50型电子天平和Sartoruis的M25D型电子天平等均属于此类。4、常量电子天平：此种天平的最大称量一般在100至200g，其分度值小于（最大）称量的10 -5，如Mettler的AE200型电子天平和Sartoruis的A120S、A200S型电子天平均属于常量电子天平。
5、分析天平：其实电子分析天平，是常量天平、半微量天平、微量天平和超微量天平的总称。
6、 精密电子天平：这类电子天平是准确度级别为Ⅱ级的电子天平的统称。
二）电子天平按传感器的不同划分为：
1、电容式电子天平
电容式电子天平是利用电容原理制造的天平，它的构造很简单，精度较低，被应用在一般要求的行业中。
2、电阻应变式天平
此类天平是利用电阻应变式原理制造的天平，精度能够达到万分之一，称量范围比较大，从几公斤至几十吨，比较适用于大秤量设备，例如汽车衡、电子皮带秤等。
3、电感式电子天平
电感式电子天平是利用差动变压器原理而制成的天平，其结构简单，精度及成本较低，是现在广泛应用在精度要求不高的行业里的一种天平。
4、电磁平衡式电子天平
电磁平衡式电子天平是采用电磁力平衡原理制造成的电子天平。电磁平衡式电子天平结构比较复杂但精度很高，能够达到二百万分之一以上的精度，它是现在国际上高精度天平普遍采用的一种形式。四、电子天平的4个性能指标
1、天平的稳定性
天平的稳定性，就是指天平在其受到扰动后，能够自动回到它们的初始平衡位置的能力。一旦对电子天平施加某一瞬时的干扰，虽然示值发生了变化，但干扰消除后，天平又能回复到原来的示值，则我们称该电子天平是稳定的。一台电子天平，其天平的稳定性是天平可以使用的首要判定条件，不具备天平稳定性的电子天平根本不能使用。
2、天平的灵敏性
天平的灵敏性，就是天平能觉察出放在天平衡量盘上的物体质量改变量的能力。天平的灵敏性，可以通过角灵敏度，或线灵敏度，或分度灵敏度，或数字（分度）灵敏度来表示。对于电子天平，主要是通过分度灵敏度，或数字（分度）灵敏度来表示的。天平能觉察出来的质量改变量越小，则说明天平越灵敏，可见对于电子天平来说，天平的灵敏度依然是判定天平优劣的重要性能之一。
3、天平的正确性
天平的正确性，就是天平示值的正确性，它表示天平示值接近（约定）真值的能力；从误差角度来看，天平的正确性，就是反映天平示值的系统误差大小的程度。
对于杠杆式天平，天平的正确性主要表现在天平臂比的正确性。但是，无论是机械天平，还是电子天平，天平的正确性还表现在天平的模拟标尺或数字标尺的示值正确性，以及由于在天平衡量盘上各点放置载荷时的示值正确性。
4、天平示值的不变性
天平示值的不变性，是指天平在相同条件下，多次测定同一物体，所得测定结果的一致程度。
对于电子天平，依然有天平示值的不变性，比如对电子天平重复性，再现性的控制，对电子天平零位及回零误差的控制，对电子天平空载或加载时，天平在规定时间（比如加载4小时）的天平示值漂移的控制。
五、电子天平安装条件
1、房间应避免阳光直射，最好选择阴面房间或采用遮光的办法。
2、应远离震动源，如铁路、公路和振动机等，无法避免则要采取方针防震措施。
3、应远离高能热源和高强电磁场等环境。
4、工作室内温度应恒定，以20摄氏度为佳。
5、工作室内的湿度应在百分之45-75之间为最佳。
6、工作室内应清洁干净，避免气流的影响。
7、工作室内应无腐蚀性气体的影响。
8、工作台要牢固可靠，台面水平度要好。
六、电子天平安装步骤
1、选择合格的安装室并有合格的安装台。
2、拆去电子天平外包装，如木箱或纸箱，并将外包装及防震物品收藏好，以备再用。
3、清点天平主机及零部件是否齐全，外观是否良好。
4、对天平主机及零部件进行除尘和清洁工作。
5、安装天平主机，并通过调整天平后底部的水平调整脚，将天平调整至水平状态(可观察天平称量室内的水平装置)。
6、将天平的秤圈、秤盘等活动部件安装到位，有些秤盘需要旋转才能固定好。
7、松开运输固定螺丝或键钮等止动装置(有些电子天平没有此装置)。
8、将电子天平的外接电源选择键钮调至当地供电电压档上。
9、把外接电源、插销插入外接电源插座内，并打开电子天平的电源开关，观察天平的显示是否正常，如正常显示就按说明书的要求进行预热。
七、电子天平的校准
电子天平在长时间未使用或第一次使用前都要进行校准，否则就会导致测量误差较大，因此掌握正确的校准方法就显得非常重要。电子天平一般称量偏差不要超过10个d，d表示：电子天平的精度。至于称量值与砝码的标准值差建议（差正负5个d）时应该校准。或者天平移动位置，天气温差变化等都应该积极的做校准。电子天平的校准方法主要包括内较和外校。一）内校：
1、天平应预热，时间大概在2-3个小时之间
2、天平因该呈水平状，如不是要调好
3、天平称盘没有称量物品时应稳定的显示为零位
4、按“CAL”键，启动天平的内部叫校准功能，稍后电子天平显示“C”，表示正在进行内部校准
5、当电子天平显示器显示为零位时，说明电子天平应已经校准完毕
如果在校正中出现错误，电子天平显示器将显示“Err”，显示时间很短，应该重新清零，重新进行校正。
二）外校1、天平应预热30分钟以上
2、天平应处于水平状态
3、天平称盘没有称量物品时应稳定的显示为零位
4、按“CAL”键，启动天平的校准功能
5、天平的显示器上显示外部校正砝码的重量值
6、将符合精度要求的标准砝码放在天平的称盘上
7、当电子天平的显示值不变时，说明外部的校正工作已经完成，可以将标准砝码取出
8、天平显示零位处于待用状态
如果在校正中出现错误，电子天平显示器将显示“Err”，显示时间很短，应该重新清零，重新进行校正。
八、电子天平的日常维护
1、 将天平置于稳定的工作台上避免振动、气流及阳光照射。
2、 在使用前调整水平仪气泡至中间位置。
3、 电子天平应按说明书的要求进行预热。
4、 称量易挥发和具有腐蚀性的物品时，要盛放在密闭的容器中，以免腐蚀和损坏电子天平。
5、 经常对电子天平进行自校或定期外校，保证其处于佳状态。
6、 如果电子天平出现故障应及时检修，不可带“病”工作。
7、 操作天平不可过载使用以免损坏天平。
8、 若长期不用电子天平时应暂时收藏为好。九、电子天平的使用方法
一）称量前注意事项
1、使用前先检查电子天平是否正常、清洁，放置是否水平。
2、腐蚀性化学药品不得带入天平室。
3、称量物体与天平箱内温度要一致，不能把热的或冷的物体放入天平称量。
4、将电子天平零点调好后，要对称量物在托盘天平上进行粗称。
二）称量时注意事项
1、在使用电子天平时开、关天平门一定要温，以免天平摇晃。
2、启用电子天平时，旋转升降旋钮一定要轻、慢、匀。
3、在不使用、取放称量物品、加减砝码时必须关闭升降旋钮。
4、称量未达到平衡前要使电子天平处于半开状态。
5、加减砝码时用力一定要小，加砝码原则是“由大到小，折半加入”。
6、被称化学物品必须放入称量瓶中进行称量，不得直接在称量盘上进行称量。
7、称量完毕后要将用过的砝码和称量瓶放回原位，检查天平零点是否恢复。
十、电子天平在使用时常见问题及原因
一）开启问题——开启后完全无显示
1、电源插座上没有220V电流接通交流电座；
2、交流适配器出错，选择适合我国工作的220V交流适配器；
3、交流适配器烧毁，更换；
4、标准数据丢失，重新校准天平；
5、瞬时干扰影响；
二）开启问题——开启后完全无显示
1、天平放置的环境太差改善环境；
2、天平菜单中的参数设置不好调入采后，用“RESET”功能，正确推出菜单，回到出厂设置；
3、称量室内留有手的体温；
4、被称量物体的温度未与天平达到等温将样品放置在天平旁等温；
5、样品存在吸水性、防水性、静电、磁性等特性
三）开启问题——开启后完全无显示
1、未装称盘：断电后，先装正确的称盘，再开启天平；
2、称盘错：用符合该天平的正确的称盘
3、称盘与防风圈相碰：因安装不当产生的原因，请重新正确安装。
十一、如何选购
1. 产品的质量及必要的附加功能。包括准确性，线性，重复性，四角误差。天平是实验室基础仪器，没有可信赖的质量保证，就无法保证后期实验结果的准确性。必要的附加功能才能保证实验的简便顺利。
2. 优良的性价比，避免过度消费。不必要为用不着的功能花钱。在产品质量有保证，性能基本一致的情况下，更优惠的价格才能保证单位或个人的资金使用效率。建议使用经典厂家的经济型品牌。
3. 年均使用费用。包括自然损耗及维修费用。举例说明：A产品购买价格3000元，B产品购买价格6000元。如果A产品使用寿命2年，B产品使用寿命5年。其实，B产品是年均使用费用反而便宜(1500元/年：1200元/年)。以上所述还不包括A产品因常返修问题而造成实验中断所带来的损失和维修费用。
4. 对操作人员的兼容性和对操作环境的耐受能力。不同人员操作手法不一样，A产品往往出现较大误差，B产品不同人员操作，结果基本一致。同样精度的A，B产品，对搬运，使用，维护，震动源，温度，湿度等要求耐受程度也不一样。
5. 产品的售后服务及功能拓展。尽可能避免质量问题.如果出现质量问题或需要功能拓展，经典厂家能提供及时周到的服务。市场竞争激烈，有生存能力和基本利润的企业才能提供长期周到的服务和技术支持。
6. 人性化设计。避免偶尔的操作失误造成仪器的损坏。同时保证使用者使用过程轻便，舒适，赏心悦目。7、绝对精度是否符合称量的精度要求。
8、称量范围是否符合要求。
9、电子天平的校准是否精准，否则会影响称量结构。
十二、市面上的品牌
1、进 口Mettler
Sartorius
Shimadzu
Ohaus
DenverSetra
A&D
SHINKO
KERN
Precisa
ADAM
BEL
2、国 产精科
恒平
衡平
越平
良平
华志
万得
龙腾
精天
赫西
御浩天
云飞
佑科
炳欣
华科
德安特
金诺
双杰
科旺
力辰
伯尼塔
普瑞逊
湘平
友声
民桥
懿恒
卓精
西特
沪誉
科之杰
民桥
天华
科迪
菁华
天之平
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