电子天平使用注意事项

王学琴，梁秀丽，拓锐

(中国兵器工业集团第五三研究所，济南 250031)

电子天平准确度高、称量速度快、显示清晰、稳定，被广泛应用于计量检测、量值传递和科学实验工作中。在使用电子天平进行称量的过程中，很多因素对称量的准确性会产生影响。使用检定合格的电子天平，正确地使用电子天平并做好日常的维护工作，才能保证测量结果的准确性。笔者结合工作实践，浅析电子天平的正确使用及样品的正确称量方法。

1 电子天平使用前的准备工作

1.1 水平调整

电子天平因移动或其它原因，常常造成四角不平，这是影响天平称量准确性的重要因素。一般高精度的电子天平都带有水平调整装置和水准器，称量前，需检查天平基座上的气泡是否位于水准器的中部，如不在中部，须调节脚螺丝，使天平处于水平状态。

1.2 预热时间

由于电子天平是利用电磁力平衡的原理进行设计的，电磁力按式(1)计算[1]：

式中：F——电磁力；

B——磁感应强度；

L——受力导线的长度；

I——通过导线的电流强度；

sinθ——通电导体与磁场夹角的正弦。

由式(1)可知，F的大小与B、L、I及sinθ均成正比，对于设计好的传感器，其感应线圈的规格尺寸已固定，B、L可视为常数，而θ为90°，故sinθ=1，因此，F与I成正比关系。

电子天平主要由秤盘、传感器、位置检测器、PID调节器、功率放大器、低通滤波器、模数(A／D)转换器、微型计算机、显示器、机壳、底角组成[1]。

电磁力平衡式传感器的温度变化主要来源于环境温度的变化和过流元件的发热。电子天平的基本工作原理是平衡，一旦失衡，即利用电磁力将天平重新拉回平衡。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。根据式(1)，电磁力F的大小与磁钢的磁感应强度、流经线圈中的电流及导线长度成正比。当天平处于预热阶段时，随着内部温度的升高，磁感应强度B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[2]。

电子天平在使用前应按照使用说明书要求进行充分预热。只有经过充分预热，使磁钢达到热平衡，天平才能达到平衡。再利用置零／去皮功能，使显示回零，此时天平才处于真正可使用状态。另外，电子天平通常没有类似家用电器的电源开关，只要给天平通电，即使显示器上无显示，天平也已处于预热状态，天平上的ON／OFF键只是显示器的开关，因此经常称量的天平不必拔掉电源，尤其是高准确度天平，在条件许可的情况下，长期不断电可保持天平始终处于预热状态。实际分度值为0.01 mg的电子天平预热时间至少为5 h，实际分度值为0.001 mg的微量和超微量电子天平则需预热24 h以上。使用中的天平预热时间可适当减少，当显示器示值不再呈现单方向漂移时，置零／去皮后即可进行称量。

1.3 运动天平

电子天平预热好以后，不要立即进行称量，而要短暂地加载、卸载以运动天平。电子天平的传感器通常是9或11个簧片构成的弹性支承体，天平传感器利用这些簧片进行力的传递，使天平在平衡–失衡–再平衡的过程之中完成称量[3]。然而当天平处于通电预热阶段或较长时间停止称量时，天平传感器处于停止工作的休眠状态，簧片恢复性能不佳，若这时进行称量势必引起天平加载后回零不佳，示值稳定性不好，重复性差。运动天平的方法是用相当于天平最大称量的砝码或物体加载到秤盘上，然后再卸载，此时无须关心加载示值和是否回零，如此反复10次以上，使传感器的簧片从休眠状态逐渐进入工作状态后天平才能稳定地称量。对于进行计量检定的天平，这一步是必不可少的。使用中的天平，若实际分度值不小于0.1 mg，则可以省略或减少加、卸载次数，置零／去皮后即可进行称量。对于实际分度值不大于0.01 mg的半微量、微量和超微量天平，则必须进行这一操作，否则得不到稳定的称量结果。若这类天平停止工作超过30 min，在重新开始称量前也需要进行短暂的加、卸载来运动天平。

1.4 校准

由于电子天平是采用电磁力与重力相平衡的原理来测量物体质量的[1]，因此其测量结果与重力加速度密切相关，而重力加速度的大小随着地球的地理纬度和海拔高度而变化，严格说来，它是地球的重力场位置的函数[1]。因此，电子天平必须根据其使用地点随时、随地实施重力加速度补偿(即校准，分为内校和外校两种)。

对天平进行校准，是正确使用电子天平关键的一步。电子天平在使用前最好进行校准，其理由有两个[3]：(1)天平称量的是物体的质量，而不是重量；(2)环境温度的变化直接影响传感器的温度变化，这会导致磁感应强度和流经线圈中的电流也随之变化，电磁力从而也发生变化。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，补偿功能失效。另外，环境温度的变化也导致电子天平灵敏度的漂移，从而产生测量偏差。灵敏度的温度系数Tc是电子天平的一项重要指标，用来表示灵敏度的漂移。

有些使用者认为，电子天平经过周期检定后，在有效期内就是合格的，而往往忽视了校准的重要性，甚至于不进行校准。殊不知，电子天平在使用中因环境条件变化、人为等因素，计量性能时常会发生细微的变化，这就需要我们日常使用中对其进行校准。校准用的砝码，理论上是等级越高越好，一般应选用砝码误差不大于天平最大允许误差的1/3即可，且定期送质检部门检定，如超差应停止使用。

为始终保持天平处于最佳状态，遇到下列情况，必须对电子天平进行校准：(1)天平首次使用时；(2)天平更换位置时；(3)调节天平水平位置后；(4)温度、湿度出现较大变化时。

2 样品的正确称量方法

2.1 样品和容器的温度与天平室的温度不同时

应在待称量样品和容器温度与天平室温度达到平衡后再进行称量，以防止称量过程中由于样品和容器与天平之间的热传递产生示值漂移。为避免手温对容器的影响，要戴手套操作。尤其应尽可能避免手直接伸入天平称量室，引起称量室温度升高，为此可使用长柄镊子夹取容器或者使用长柄样品勺添加样品。使用容器的形状应保证容器具有较小的使用表面积，以减小温度的影响。

2.2 称量吸湿性或挥发性样品时

在称量一些具有吸湿性的样品时，天平显示值会缓慢增大，反之，称量一些具有挥发性的样品时，天平显示值会越来越小。为了准确称量这两类样品，首先要选择所用容器的形状和大小，若称量具有挥发性的液体，可选择配有塞子的长颈量瓶，量瓶中预先加入适量的难挥发性溶剂。将量瓶置于称盘的中心，按去皮键除去皮重，将量瓶从天平上取下，用适宜的方法加入称量液体，盖紧塞子，再将量瓶置于秤盘的中心，待示值稳定后读取称量结果。若称量固体或粉末类样品，则应给称量器皿加盖，避免样品挥发或吸收空气中的水分。为了减少样品吸湿性和挥发性的影响，应尽量缩短称量时间，当天平称量结束(指示称量过程的符号如小圆圈或小圆点消失)后，立即记下天平示值。另外要保持天平称量盘及容器的清洁、干燥，不要粘有灰尘、污染物及水滴。

2.3 称量样品和容器带有静电时

称量样品和容器一旦带有静电，静电荷之间的库仑力会导致天平示值波动，称量结果的重复性因此变差。此静电主要是粉末状或颗粒状样品与绝缘容器摩擦而产生的，如果没有良好的泄放途径，这些静电就不能消除或者至少需要几小时才能缓慢地消除。消除样品和容器静电的简单办法是使三芯电源插座的接地端与大地有良好的接触，标准实验室应该将专用接地线埋入大地，然后将接地线引入电源插座的接地端；在干燥的冬季，使用加湿器增加空气湿度，理想的相对空气湿度为45%～60%。可在天平称量室内放置一杯水，1～2 h后取出，以增加称量室内的空气湿度；尽量避免使用塑料容器，因为它极易产生静电。最好用玻璃容器，金属容器更好，或使用专门的消除静电的装置。

2.4 称量磁性样品或容器磁化时

磁性材料的磁现象都起源于材料内部原子的核外电子运动形成的微电流，这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样宏观磁特性[4]。称量磁性样品时，由于磁性样品与不锈钢称量盘相互吸引，被天平误以为是加载，从而影响电磁力平衡，对称量结果产生较大的影响。消除这一影响的办法是加大样品和容器与称量盘之间的距离。可将样品放置在非磁性的支承物(如高的玻璃量杯，铝、铜支架)上，从而增大样品与称盘的距离。在条件许可的情况下，应该对样品和容器去磁，还可以将样品放置在导磁良好的合金容器内，让其磁力线沿合金容器内壁形成自封闭，减少磁力的影响[3]。

3 结语

在实际工作中，天平须安装在洁净、无尘、无强气流、无振动及无强电磁场的环境中，避免阳光直射，天平室内温度应恒定，以20℃左右为佳，相对湿度以45%～60%为佳。使用人员只有正确使用电子天平，即调整水平－充分预热—运动天平—校准—称量，并做好日常的维护工作，掌握样品的正确称量方法，才能保证电子天平测量结果的准确性。

[1]赵亚军.天平砝码秤使用与维修大全[M].北京：中国计量出版社，2006.

[2]赵荣，张兆立.影响电子天平称量准确性的两个因素[J].计量技术，2005(2): 55.

[3]刘隽，傅冰.影响电子天平准确性的两个因素[J].中国计量，2002(9): 43–44.

[4]刘炜.物体磁性对电子天平称量准确度的影响[J].技术交流，2011，40(5): 36.