电子天平的误差及保证其称量准确度的研究

陈建玉 蒋林君 罗建明

[摘    要]现阶段，使用频率较高的一种称重仪器就是电子天平，其也是如今较为先进的测量方法之一。电子天平主要以电磁力平衡的原理为基础，对物体的重量进行准确测量，相较于传统的称量器具，其在称重方面具有更高的准确度，且可直接以数据展现。对此，简要介绍了电子天平的工作原理及其误差分类，并对影响其称量准确度的各种因素展开了探讨，详细探究了如何保证其称量准确性。

[关键词]电子天平;误差;准确度

[中图分类号]TH715.116 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]At this stage， the use of a higher frequency of weighing instrument is electronic balance， which is also one of the more advanced measurement methods， electronic balance is mainly based on the principle of electromagnetic force balance， in order to accurately measure the weight of the object， compared with the traditional weighing instrument， it has higher accuracy in weighing， and can be directly displayed by data. In this regard， this paper briefly introduces the working principle of electronic balance and its error classification， and discusses various factors affecting its weighing accuracy， and explores in detail how to ensure its weighing accuracy， hoping to provide effective theoretical reference for everyone.

[Keywords]electronic balance; error; accuracy

如今，不論是哪一领域，均在研究方面取得了较大的进展，而其中又以科学研究探索领城、工业生产技术领域以及医疗药品研究领城表现得最为突出，三者都对准确性提出了非常高的要求。而为了使这部分领域在物质质量测量方面的精度需求得到保障，电子天平就此问世，科研人员借助使用这一先进仪器可将测量精度显著提升。在具体测量时，因为电子类型的天平精度与灵敏度较高，所以其受到环境中各种因素的影响也比较大，对此就需要测量人员把这些影响因素处理好，以确保电子天平良好的测量效果。

1 电子天平的工作原理

现阶段，我国电子天平主要运用的是电磁力平衡式传感器，F=BLIsinθ为其相关公式，其F、B、L分别是电磁力、磁感应强度受力导线的长度、从导线流过的电流强度，θ则代表通电导体与磁场之间的夹角。通过上述关系式可知，F的大小由B、L、I以及sinθ所直接决定，呈正比关系，换言之，当B、L、I与sinθ不断增大时，F也就相应的变大。反之就越小。通常，电子天平的主要构成部分有电磁力平衡式传感器、电源、光电传感器、控制电路、键盘与显示器。基本工作原理是，当天平为空载状态时，电磁力平衡式传感器也保持较为平衡的状态，若处于负载，那么感性线圈的位置就会改变，进而对光电传感器中的输出电流以及光线强度造成影响，借助微处理器进行处理，控制电磁线圈的电流大小，进而使电磁力平衡式传感器保持平衡（图1）。

2 电子天平误差分类

作为一种精密电子仪器，电子天平器在实际测量时，外界的微小因素变化也会对其测量数值造成影响，进而让最终测量结果产生误差。电子天平的误差基本上可以分为随机误差、粗大误差和系统误差。之所以会出现系统误差，其主要是因为一些固定的规律造成称量误差，如仪器在称量的过程中运用了精度规格，称量过程中温湿度、电压以及附近是否有磁场存在等都会导致系统误差出现。而引发随机误差往往有很多原因，由于测量结构受随机误差的影响较小，因此在称量过程中，一般可以不考虑随机误差带来的影响。人为的疏忽又或是环境的突然变化便会产生误差，如果要确保测量结果受其影响不大，便需要展开精确控制。

3 影响称量准确度的因素

3.1 长时间存放会影响电子天平的称量准确性

电子天平作为精密电子仪器的一种，一旦存放时间过长就会使之内部系统有一定的误差产生，最终导致实际的称量结果出现明显误差。所以，在承重的时候运用电子天平，一定要让电子天平融入外部环境一段时间，使之内部的各个部件可与实时的工作环境较好的适应，把系统产生的误差充分降低，最终让称量结果的准确度得到有效保证。

3.2 重力加速度会影响电子天平的称量准确性

在电子天平使用过程中，主要借助电磁力平衡式传感器对被测质量重点和电流信号进行转化，重力加速度直接影响着其转换结果，而重力加速度又取决于天平的外部使用环境，如海拔高度、地壳密度和使用地点的维度等。所以，若要彻底消除加速度带给天平称量准确度的影响，便要对其外部使用的各项因素做出全面考虑，根据实际情况做重力加速度补偿。

比如，站在一楼，借助100 g的砝码对一个电子天平进行校准，其称量结果为100.000 0。然后再到25 m左右高的8楼，用这个电子天平称量相同的砝码，称量结果变成了99.998 9。可见，当电子天平的使用环境发生改变时，重力加速度也一并改变。因此在使用电子天平称量时，一定要保证其随时都能够自行校准与补偿。

3.3 预热时间不够会影响电子天平的称量准确性

由于电子天平的测量原理为电磁力与重力相平衡，其核心称量部分是由一些精密电子原件所构成的，包括传感器、低通滤波器、功率放大器以及模数A/D转换器等。一旦未根据规定时间预热天平，则在通电过程中，随着时间的延长，电路中电子元件的温度就会发生改变，进而改变天平示值，最终获得不准确的称量结果。只有在预热充足的情况下，电子元件的各项参数方可处于较为稳定的状态下，如此称量才能将天平称量的准确度提高。

3.4 未定期校驗会影响电子天平的称量准确性

对一台电子天平的称量准确度进行衡量时，需充分考虑各项技术指标。受频繁使用的影响，电子天平的环境发生改变、位置被移动，故各项技术指标也相应改变，因此需定期校验天平。只有借助专业计量检测部门进行检定，确定达标后，其各项技术指标方可与规程要求相符，进而在称量时获得准确的示值。

4 保证天子天平的称量准确度的措施

4.1 使用环境的要求

如果要使电子天平测量结果的准确性得到保证，则需对测量中引发误差的诸多原因密切注意。在称量过程中，比较容易忽略的一个导致误差产生的因素就是电子天平的使用环境，其直接影响着测量结果，所以在具体测量时一定要较多的关注测量环境，尽量营造一个适合的环境，确保测量工作的顺利开展。在创设电子天平测量环境的过程中：①确保电子天平称重台的平稳性，防止其水平有倾斜状况出现，把测量附近的电磁影响有效减少。在称量正式开始前，可固定称重台，使之紧靠地面或墙面，以保障其稳定。如果使用电子天平称量较为频繁，便可以对专门的工作台进行设置，从而保证在相似的环境下进行测量。②对放置电子天平的地点进行严格选择，最好不要直接被阳光照射，以免升高仪器温度，同时还需要全面考虑测量中空调以及暖气带给测量结果的影响。尽量在不容易发生振荡的地方放置电子天平。③在测量腐蚀性物体时，需要注意腐蚀性物体会影响电子天平的托盘。一旦被腐蚀性物质所腐蚀，则电子天平下次称量工作的准确度就会有所降低，因此在对腐蚀性物体进行称重的过程中，必须切实做好相关防护措施，充分保护电子天平。

4.2 电子天平人员操作注意事项

鉴于电子天平对精密性的要求较高，故在实际称重过程中一定要严格遵循相关操作规范。操作人员在选择电子天平时，应对其型号能否符合称重重量的要求进行全面考虑，工作人员在使用时需要对称重高质量物品进行控制，确保不会因为称重物体质量太高而对电子天平的结构造成损坏，且在选择时不能一味的选择高精度的电子天平，只要适合即可，以免浪费资源。与此同时，在使用电子天平期间，应以仪器情节说明为基础，在固定的时间清洁，以免不正确的清洁方法对天平的准确性造成影响。除此之外，在使用电子天平前必须开展预压和预热工作，这两项工作可使误差有效减少，让电子天平的准确度进一步提高。

4.3 维护保养要求

为了确保电子天平准确，要在使用过程中建立健全相应的维护保养体系。①每次用完电子天平后，需要由专业人员进行维护和保管，同时还应注重在适宜的环境中存放电子天平。②当结束称量后需立即进行清洁，防止电子天平表面残留下称重物，使之下次的正常使用受到影响。③还需要定期对电子天平的准确度进行校准和检测，一旦发现不够精确，必须马上修理，排除问题后再进行使用。

5 结语

通过分析电子天平的误差，探讨如何保证其称量准确度，有多个的方面因素影响着电子天平的准确度，在考虑时一定要做到全面细致。在实际应用电子天平进行测量时，一定要严格遵循相关的测量步骤，如此既能够让电子天平的使用寿命延长，也有助于其测量精确性的提升，显著增强其工作性能，便利人们的日常工作。

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