在本系列上一期中，小編主要針對電子天平的稱(chēng)量原理，校準的定義及分類(lèi)，砝碼的基礎知識以及與天平度之間的關(guān)系等方面為大家做了科普式的講解，特別是在校準的分類(lèi)方面著(zhù)重花了筆墨進(jìn)行了詳細的梳理，想必大家一定對嚴謹而又考究的天平校準技術(shù)留下了深刻的印象吧，不知道小編盡量將復雜的數學(xué)原理講得通俗透徹的方法有沒(méi)有讓大家解開(kāi)了心中的疑慮呢？其實(shí)在天平的稱(chēng)量中，還有一只無(wú)形的大手牢牢地掌控著(zhù)稱(chēng)量的結果，這就是溫度。本期小編將為你展現這只大手到底有哪些奇妙的魔力！

稱(chēng)量原理的問(wèn)題

在上次關(guān)于校準的分享中，小編對電子天平的稱(chēng)量原理做了簡(jiǎn)要的介紹，同時(shí)也提到溫度、濕度等環(huán)境因素也會(huì )影響電子天平的傳感器，但至于是怎么影響的只是賣(mài)了個(gè)關(guān)子。那么今天我們就來(lái)走進(jìn)電子天平的傳感器內部，來(lái)一起探究溫度是怎么影響稱(chēng)量的。

電子天平一般采用電磁力平衡傳感器，其稱(chēng)量原理如下圖所示：

電子天平在加載前，電磁力平衡傳感器處于初始平衡狀態(tài)。當被測物置于稱(chēng)量盤(pán)后，立柱和遮光板在被測物重力的作用下向下移動(dòng)，光敏二級管D2檢測到發(fā)光二極管D1發(fā)出的光，并產(chǎn)生電流信號，經(jīng)過(guò)I/V變換電路、PID調節器，轉變成與被測物重量相對應的電流并驅動(dòng)動(dòng)圈，在永磁體的磁場(chǎng)作用下，動(dòng)圈產(chǎn)生向上的電磁力，使遮光片向上移動(dòng)，D2輸出的電流信號減小，直至遮光片重新回到初始平衡位置，D2的輸出電流降為0。此時(shí)，動(dòng)圈產(chǎn)生的電磁力F與被測物重力相當，即F=G=mg，其中m為被測物體的質(zhì)量，g為重力加速度。^【1】

同時(shí)，根據電磁力公式F=BLI sinθ，其中B為氣隙磁場(chǎng)的磁感應強度，L為動(dòng)圈（受力導線(xiàn)）的有效長(cháng)度，I為動(dòng)圈電流，θ為通電導體與磁場(chǎng)的夾角。由于傳感器中動(dòng)圈的規格尺寸已固定，所以其B和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(guān)系。綜合之前的描述，即得出m=BLI / g。^【2】

當溫度恒定時(shí)，B和L是定值，g也是恒定值，則m與I成正比，通過(guò)檢測動(dòng)圈電流，就可以間接得到被測物體的質(zhì)量。當環(huán)境溫度變化或過(guò)流元件發(fā)熱時(shí)，B和L均會(huì )發(fā)生改變，造成m與I不再成比例關(guān)系，使電子天平產(chǎn)生較大的非線(xiàn)性測量誤差。

值得一提的是，當電子天平處于預熱階段時(shí)，隨著(zhù)內部溫度升高，磁感應強度B會(huì )逐漸下降, 同時(shí)I也會(huì )減小，這樣就導致電磁力F變小，天平失去平衡，因此示值會(huì )呈現正的單方向漂移。而天平只有經(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，再利用去皮功能，使顯示置零，此時(shí)天平才處于真正的可使用狀態(tài)。^【2】

操縱天平的無(wú)形之手

電子天平會(huì )根據所在的環(huán)境而發(fā)生變化的，正常情況下，不同度級別的天平對溫度范圍和溫度波動(dòng)度的要求各不相同，度級別越高，對環(huán)境溫度的要求就越苛刻。根據國家標準的相關(guān)規定，電子天平的正常工作條件需要滿(mǎn)足以下表格的具體要求：

溫度zui主要的影響就是其變化會(huì )帶來(lái)熱脹冷縮，對電子天平就反映在傳感器中細小而又精密的部件之間間隙的改變，這些變化會(huì )被靈敏的天平記錄下來(lái)，從而影響讀數的性。如果沒(méi)有特定的工作溫度范圍，電子天平的正常溫度條件為10℃~30℃，計量性能應符合國家標準對單次稱(chēng)量結果的示值誤差，以及多次稱(chēng)量或在不同位置稱(chēng)量的示值誤差（重復性和偏載）的相關(guān)規定。

溫度變化是影響電子天平稱(chēng)量結果性的重要因素之一，而實(shí)驗室由于早晨和中午會(huì )有一定的溫差、以及電子天平設備發(fā)熱、人員流動(dòng)等原因，一天中zui高溫度與zui低溫度之間往往能夠達到10℃。這對天平的影響是顯而易見(jiàn)的，那么我們如何做才能消除溫度對稱(chēng)量結果的影響呢？首先，天平在使用過(guò)程中，要盡可能地處于一個(gè)溫度相對穩定的環(huán)境，當天平所處的環(huán)境溫度有較大的變化時(shí)，天平的稱(chēng)量結果會(huì )發(fā)生漂移，比如從低溫的倉庫移到溫暖的實(shí)驗室，需要讓天平在使用環(huán)境中通電預熱一定的時(shí)間；其次，當溫度變化超過(guò)一定范圍時(shí)，我們可以通過(guò)校準將這種漂移消除。

通電時(shí)間的長(cháng)短能夠有效地避免溫度變化對天平的影響。一般來(lái)說(shuō)，天平的精度越高，需要預熱的時(shí)間越長(cháng)。小編在這里建議，十萬(wàn)分之一天平預熱時(shí)間在4小時(shí)以上，萬(wàn)分之一天平預熱時(shí)間在1小時(shí)以上。 


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