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浅谈电子天平检定结果差异原因及校准
作者:马晓丽   2018.01.23   点击77次

    电子天平(以下简称天平)作为非常重要的测量仪器,如今己广泛地应用于生产、科研、贸易等领域,及日常生活中。但作为计量器具,使用一段时间后其计量性能与原设计的指标或多或少都会产生偏离,为此非常有必要对其计量性能进行定期检定。目前检定的主要技术依据为 JJG 98-90 非自动天平试行检定规程。但在规程规定的条件下,不同的检定人员检定结果仍然可能有所差异。本人结合自己多年的工作经验,在此作些分析,谨供参考。

    1、导致检定结果差异的原因

    1.1 存放时间。天平在检定室的存放时间对天平的检定结果的影响是不可忽视的问题。对送检的天平,建议检定前在检定室开箱存放至少 24h 以上,使天平内部的机械机构达到一定的平衡,也使天平整机及称室的温度与环境温度相平衡。

    1.2 预热时间。首先,电子天平在称量前要充分预热。电子天平的基本工作原理是平衡,一旦失衡,利用电磁力将天平重新拉回平衡。这个电磁力,是由流经线圈中与物体质量成正比的电流在永久磁钢中产生的。电磁力 F 的大小与磁钢的磁通量、流经线圈中的电流 I 及线圈长度 L 成正比,当天平处于预热阶段时,随着内部温度升高,会逐渐下降,同时 I 也会减小,这样就导致 F 变小,天平失去平衡,示值会呈现正的单方向漂移。只有经过充分预热,使磁钢达到热平衡,这一变化过程结束,天平才达到平衡。再利用回零 / 去皮功能,使显示回零,此时天平才处于真正可使用状态。

    天平的预热时间是保证天平示值稳定的关键。预热时间的长短除与天平的检定分度值和检定分度数有关外,还与各厂家的天平性能有关。规程第 18 条规定天平检定前应预热 0.5h 以上,但 0.5h 以上多长的预热时间比较合适? 这时就要根据各天平使用说明书上的要求,同时天平的预热时间和天平的精度有密切的关系,一般情况下,天平精度越高,预热时间越长。在达到说明书规定的预热时间后,才可开始检定。

    1.3 预压。天平在停止工作一段时间后可能进入休眠状态,为使天平尽快进入工作状态,检定前最好用砝码多次加载,否则天平进程示值与回程示值之差将明显增大。加载时不必在意称量结果和回零情况。

    1.4 读数时间。天平示值稳定与否一般都有规定的符号在显示屏上指示。当示值稳定时,稳定指示灯(或符号)亮起,或不稳定灯(或符号)消失。稳定的范围一般都是分档可调,稳定范围的设置与显示屏上的出现的稳定示值时间成反比。天平从加载到稳定实际上是一个振荡平衡的过程。

    2、校准天平

    这是正确使用电子天平必不可少的重要一步,任何电子天平不进行校准,就得不到准确的称量结果。

    2.1 天平称量的是物体的质量,而不是重量。也就是说,使用任何一台天平,不管这台天平放置在地球上的任何地方,也不管这台天平放置在什么高度,称量同一物体,由于物体的质量是不变的,因此称量的结果应该完全相同。然而地球存在地心引力,任何一个有质量的物体其重量都会受到重力加速度的影响。例如一个物体在一楼时,称得的质量正好是 2000000g,而在四楼(10m高度)时就变成了19999937g。显然,由于重力的影响,当我们用电子天平称量时就无法得到相同的称量结果。这就需要应用校准技术。

    为了得到准确的物体质量,光有电子天平还不行,还必须应用校准技术。现在让我们先看看校准的过程,以外校为例,如 AB204N 天平,进入校准程序后,在天平的显示屏上出现一个闪动的 2000000,这个数字就是天平校准所要求的砝码值,此时,将 2000000g 砝码放置到称盘上,天平将经历失衡到再平衡的过程,当显示屏上变为闪动的 00000 时,将砝码取下,就完成了整个校准过程。当然用于平衡2000000g 的是电磁力。随着温度的波动磁通量还会有变化,显然主要改变电磁力大小的是流经线圈中的电流值,因此,在校准过程中,天平实际是寻找一个与 2000000g 相对应的平衡电流值。现在让我们再回到上面的例子,在一楼时,我们对天平进行了校准,找到相对应的平衡电流,记为 I1,称量结果是 200.0000g。如果将天平搬到四楼(10m 高度),不再重新校准天平,显而易见,由于 I1 产生的电磁力大小没有改变,而由于重力加速度 g 值变小,重力变轻,天平就会失去平衡,称量结果就成了 19999937g,结果出错。因此,当天平搬到四楼后,要重新对天平进行校准,重新寻找相对应的平衡电流值记为 I2。显然 I2<I1,重新再称量,结果又变成了 2000000g。这样由于应用了校准技术,不管在一楼还是四楼,都得到了相同的称量结果相同的质量值。同理,由于应用了校准技术,不管在地球上的任何地方,称量同一个物体,都能得到相同的称量结果。

    工作中,我们并不只是称量校准时的 2000000g,而是在秤量范围内的质量,注意是在天平的最小秤量与最大秤量之内,即在允许误差范围内的准确称量。根据电子天平的平衡原理和应用了校准技术,在天平空载时得到一相对应的空载平衡电流 I0,另外通过对要求的校准砝码校准时也得到一相对应的校准平衡电流 Ical,只要天平的线性足够好,天平就会自动在 I0 与 Ical 所连接的线段内找到与该物体相对应的平衡电流 IB,然后通过天平的电子部分转换成该物体的准确质量,通过天平显示屏显示出来,这就是应用了校准技术,准确称量一物体的全过程。

    2.2 当天平放置在同一个地方,称量同一物体,由于没有重力的影响,似乎就不需要在每次称量前进行校准了。其实不然,由于环境温度的变化及波动直接影响传感器自身的温度变化,如前所述,这会导致磁通量和流经线圈中的电流也随之发生变化,电磁力发生变化。当然最后又会使天平称量结果不准确。尽管电子天平都有温度补偿功能,但它只有在小的温度波动范围内有效,温度超过一定的限度,它是无法补偿的。最终还是要靠校准技术进行校准,才保证准确称量。为了天平不因环境温度变化和波动而影响天平准确称量,梅特勒托利多公司最近推出了先进的校准技术 FACT (即全自动校准技术)。它能始终保证天平在允许误差范围内准确称量。应用这种校准技术,天平随时检测自身的准确度,一旦超过允许误差范围,天平会进行自动校准。国内绝大多数用户,使用电子天平都是下班断电,上班通电,因此在保证天平预热好的前提下,使用前对天平进行校准就显得更加有必要。切不可不校准天平就开始称量,这是绝对得不到准确称量结果的。在条件许可的情况下,我们建议大家不要关断天平电源,让其长期保持通电预热状态,天平将会稳定、准确地工作。

    3、结论

    目前电子天平种类繁多,检定时宜因天平而异,注意操作,才能正确评价天平的计量性能。

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