关于电子天平计量的探讨

华连奎

摘要：本文从电子天平检定的内容入手，全面剖析了电子天平检定的影响因素和具体措施。

关键字：电子天平；检定；影响因素；措施

Abstract: This paper start from the contents of the electronic balance test, provide a comprehensive analysis of the influencing factors and specific measures of the electronic balance test.Key words: electronic balance; test; influencing factors; measures

中图分类号：TH71 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

1.前言

电子天平是非常重要的计量测量仪器，因其具有体积小、精度高、操作简便、使用方便等优点，广泛地应用于生产、生活、科研、商业等领域。电子天平的制作原理，是利用电磁力平衡重力，其称量准确可靠，显示快速清晰。由于电子天平内置了称重传感器等精密的电子部件，在使用一段时间后，可能会出现测量误差较大等问题，因此，要对其进行定期检定，以提高其精确度，延长其使用寿命。

2.电子天平检定的内容

2.1灵敏度、鉴别力的检定

电子天平的灵敏度，是指对于一个给定的重量变化，衡器的指示值相应能发生的示值变化。电子天平的鉴别力，是衡器对微小载荷的反应能力，即要引起衡器示值有一个可发觉的变化，需要添加的重量。对电子天平来说，鉴别力有实际意义，而灵敏度，则没有实际意义。电子天平的灵敏度，一般指的是分度灵敏度，其在数值上，应正好等于该天平相应载荷的检定分度值。对具有数字指示、自动、半自动校准装置的电子天平，可以免检其灵敏度。当电子天平检定分度值e≥1mg时，可以测定其鉴别力，对使用中的电子天平鉴别力的检定，通常允许作简化处理，即选择在空载或全载时，处于平衡状态的天平上，用质量为1.4d的小砝码，轻缓地加放在天平上，或从其上拿下，此时，原来的天平示值应有变化。使用中的电子天平的鉴别力，一般不会有问题，所以规程中指出，对于d≤1mg，或者e＞2d的电子天平，可免检其鉴别力。

2.2各载荷点最大允许误差的检定

电子天平的最大允许误差，是指天平的线性度，是用来判定天平的示值误差，是否在规程规定的范围之内。它与天平的准确度等级和称量有关，通常示值误差(E)，由下式来确定：E=I-I0，其中I表示天平指示值，I0表示标准砝码的标称值。对电子天平来说，这样计算示值误差，其实不够严密。在检定电子天平时，鉴定人员不但按规程要求选取检定点，还要根据被检电子天平的e与d关系，来确定是否应该对每一被检点采用附加小砝码，寻求数字转换点的方法，来找到该检定点的实际模拟值，以确定其示值误差。首先，开机预热，然后，按照说明书的操作程序，对电子天平进行校准，校准完毕，显示零位；从零载荷开始，逐渐单调往上加载，直至加到天平的最大称量值时，然后，再逐渐单调卸载，直至零载荷为止。在检定过程中，由检定操作人员视天平具体情况，来选取载荷点，但空载、全载、最小称量Min、影响天平误差值的“拐点”所对应的那些载荷，这几个载荷点是必须进行检定的。

2.3重复性误差的检定

电子天平的重复性，是电子天平在相同的测量条件下、同一载荷多次称量结果之间的差值，它是用来衡量电子天平能否提供一致结果的评价。JJG98-90中规定，重复性检定，应在电子天平的空载和加载状态下进行，测定次数，应根据电子天平准确度级别的不同而不同，检定过程及数据处理方法按JJG98-90进行。对于e≥5d的电子天平，可以省略用附加小砝码，寻求数字转换点进行凑整计算的过程，直接用天平示值减去砝码质量值，来计算重复性误差；对重复性误差，可用极差法或标准偏差法来评定，其中极差法较为常用。电子天平重复性检定加载的载荷全载和半载，检定中，分别对加载和空载的平衡位置进行读数，并记录，同时注意每加一次载荷，均应返零一次；对同一载荷、多次衡量结果之间的差值，不得超过天平在该载荷时，最大允许误差的绝对值。

2.4电子天平偏载检定(四角误差检定)

对于标准天平，试验载荷等于天平的最大称量，其四角误差等于最大示值减最小示值。对于工作用天平，试验载荷等于天平最大载荷的三分之一，其四角误差等于各点的示值与中心点的示值之差中的最大者。

3.影响电子天平检定结果的重要因素

3.1振动影响

由于电子天平所在环境存在着一定的振动源或磁源，导致电子天平产生振动，影响到电子天平示值的稳定。测量环境中的气流、强光等因素，都会对电子天平的稳定产生影响，导致电子天平检定结果产生差异。随着振幅的减小，电子天平的振幅逐渐趋向其稳定值范围，电子天平趋于稳定状态，并在短时间内处于稳定状态。电子天平渐趋稳定的时间由电子天平的稳定取值范围和检定分度值决定。因此，在电子天平刚趋稳定就读数的话，会使电子天平的检定结果出现较大误差。

3.2预热时间

受预热时间的影响，电子天平的敏感度也会产生相应的变动，影响电子天平检定示值的稳定。电子天平的预热时间由检定分度值与电子天平的性能所决定，生产厂家都会在出具的使用说明书里明确的标明，需根据说明书上规定的要求来处理。一般来说，电子天平在检定前，需要预热0.5h以上，具体的预热时间与电子天平精度成正比，对于进行计量检定的电子天平，实际分度值d≥0.01mg的电子天平，预热时间至少为5小时。实际分度值d≤0.001mg的微量和超微量电子天平，预热时间则需24小时以上。当然，低精度的电子天平可以适当减少预热时间，电子天平的精度越低，需要预热的时间就越短。使用中的天平，预热时间可适当减少，当天平显示器上的示值不再呈现单方向漂移时，回零/去皮后，即可称量。电子天平说明书也只是设定了预热时间范围，但在实际中具体预热时间还是难以把握，造成检定结果的差异。

3.3校准

电子天平在检定前，需要经过校准才能正常使用。一般电子天平不具备自动校准功能，需要人工手动校准。人工校准操作过程是否规范，多次测量中是否进行了校准，搬动移动地方是否进行了校准，都会造成检定结果的差异。

3.4测量物品

电子天平在经过首次检定投入使用后，测量物品对检定结果差异的影响是客观存在的。为了使电子天平在后续检定、使用中检验保持其计量性能都能稳定合格、其测量结果准确可靠，我们应在使用中分析并减小各种测量物品对天平的影响。由于测量物品的多样性，使得诸如温度过高、过低的物品、潮湿的物品及具有挥发性、腐蚀性物品会对电子天平的检定结果造成影响，带静电和磁性的物品在检定时也会导致检定结果的偏差。因此，要根据物品的温度达到电子天平适宜的温度，对带静电等物品采取一定的措施，消除其对检定结果的影响。

4.防止电子天平检定结果差异的对策

4.1减少测量环境的振动源

在使用电子天平时，应该尽量避免周围环境的振动源，如果有能够觉察的振动或气流，应该使操作台与墙面保持(5—10)cm的间距，减少振动源对电子天平检定的影响。同时，电子天平的使用环境应避免强光直射，远离热源，防止磁源的影响。假设条件允许，精度较高的电子天平要配有防震台。测量环境的门窗最好采取推拉移动方式，不要把电子天平放在空调的出风口下，避免强对流空气对电子天平的影响，为电子天平的检定和使用创造稳定的环境条件。

4.2把握预热时间

电子天平在称量前只有经过充分预热，使永久磁钢达到热平衡，天平才真正达到平衡、稳定。在一般情况下，只要给天平通电，即使天平显示器上无显示，天平也已处于预热状态。天平上的“ON/OFF”键只是开关显示器而已。因此经常称量的天平不必拨掉电源，让其始终保持通电预热处于备用状态，这样可省去预热时间。使用电子天平，尤其是高精度天平，在条件许可的情况下，长期不断电，保持天平始终处于预热状态。一旦电子天平出现断电情况，要对电子天平预热5h以上，确定天平显示器上的读数不再单向偏移，就可以进入检定状态。

4.3规范校准的操作程序

一般电子天平不具有自动校准功能，需要借助人工手动进行校准。在实际操作过程中，天平室内温湿度应恒定（温度应在20℃，湿度亦在50％左右），按下电子天平的CAL键，电子天平给出砝码标称值，表示校准砝码需用该值的标准砝码，放入标准砝码，片刻之后，电子天平显示器显示CAL DONE，校准操作完成。为了得到准确的校准结果最好重复以上校准操作步骤两次。如果电子天平没有设置CAL键，可以从说明书查到相关校准功能键，进入校准菜单，调出CAL字样，按照上面的操作程序进行校准。对搬移过的电子天平，重新使用时必须进行校准。一般情况下，电子天平在当天使用前必须校准，如果使用频率较高的，可视情况在中途校准一次，以便利用操作程序的规范，消除检定结果的差异。测量结果要求准确度高的，在每次使用前，都必须校准天平。

4.4根据测量物品的特性采取有效措施

为了避免测量物品温度对电子天平检定结果的影响，严禁将冰箱或烤箱的物品不进行恒温变化就直接测量，要使物品与测量环境的温度相同时，再进行测量。称量潮湿、吸收或释放水份、易挥发和具有腐蚀性的物品时，要盛放在密闭的容器内，以免腐蚀和损坏电子天平。同时尽量缩减称量时间，可以避免天平的单向偏移，减少物品对检定结果的影响。为了减少静电影响，应该保持测量环境的湿度40％-60%。对于带磁性的物品，在使用电子天平称量时，直接称量容易受磁场作用的影响，导致不同面的数据结果存在差异。因此，称量带磁性的物品，可以采取下挂式托盘或高支架托盘，加大物品与天平的距离，远离磁场作用，减轻磁性对检定结果的影响；屏蔽磁力，将样品放在非金属制的容器内，可使用非磁性材料将磁性影响降低到最小程度。

5.结论

总之，电子天平的性能是准确计量质量的前提，为了有效避免电子天平检定结果的偏差，有必要就电子天平产生差异的实际原因进行分析，以便追根溯源找到解决办法。在实际测量中，可以依照国家《电子天平》新规程，对电子天平进行检定，以便提高电子天平的精确度。

参考文献：

[1] JJG1036—2008《中华人民共和国国家计量检定规程》(电子天平)

[2] 陈青华.导致电子天平检定结果差异原因分析[J].内蒙古科技与经济.2007（21）

[3] 倪忠英.如何确保电子天平在使用中的准确性[J].中国计量.2010（11）