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你真的了解電子天平嗎？”——掌控稱量的溫度“魔力
點(diǎn)擊次數(shù)：3292 發(fā)布時(shí)間：2018-4-23
在電子天平的稱量中，作為直接影響著核心傳感器的無形力量，溫度一直是不可忽略的重要外界因素。本期小編將跟大家一起來探秘這只無形的大手到底有哪些奇妙的魔力！
稱量原理的問題
在上次關(guān)于校準(zhǔn)的分享中，小編對(duì)電子天平的稱量原理做了簡(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了個(gè)關(guān)子。那么今天我們就來走進(jìn)電子天平的傳感器內(nèi)部，來一起探究溫度是怎么影響稱量的。
電子天平一般采用電磁力平衡傳感器，其稱量原理如下圖所示：
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(dāng)被測(cè)物置于稱量盤后，立柱和遮光板在被測(cè)物重力的作用下向下移動(dòng)，光敏二級(jí)管D2檢測(cè)到發(fā)光二極管D1發(fā)出的光，并產(chǎn)生電流信號(hào)，經(jīng)過I/V變換電路、PID調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)變成與被測(cè)物重量相對(duì)應(yīng)的電流并驅(qū)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(hào)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(cè)物重力相當(dāng)，即F=G=mg，其中m為被測(cè)物體的質(zhì)量，g為重力加速度。【1】
同時(shí)，根據(jù)電磁力公式F=BLI sinθ，其中B為氣隙磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為動(dòng)圈（受力導(dǎo)線）的有效長(zhǎng)度，I為動(dòng)圈電流，θ為通電導(dǎo)體與磁場(chǎng)的夾角。由于傳感器中動(dòng)圈的規(guī)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(duì)應(yīng)關(guān)系。綜合之前的描述，即得出m=BLI / g。【2】
當(dāng)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，通過檢測(cè)動(dòng)圈電流，就可以間接得到被測(cè)物體的質(zhì)量。當(dāng)環(huán)境溫度變化或過流元件發(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)生較大的非線性測(cè)量誤差。
值得一提的是，當(dāng)電子天平處于預(yù)熱階段時(shí)，隨著內(nèi)部溫度升高，磁感應(yīng)強(qiáng)度B會(huì)逐漸下降, 同時(shí)I也會(huì)減小，這樣就導(dǎo)致電磁力F變小，天平失去平衡，因此示值會(huì)呈現(xiàn)正的單方向漂移。而天平只有經(jīng)過充分預(yù)熱，使磁鋼達(dá)到熱平衡，這一變化過程結(jié)束，天平才達(dá)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】
操縱天平的無形之手
電子天平會(huì)根據(jù)所在的環(huán)境而發(fā)生變化的，正常情況下，不同準(zhǔn)確度級(jí)別的天平對(duì)溫度范圍和溫度波動(dòng)度的要求各不相同，準(zhǔn)確度級(jí)別越高，對(duì)環(huán)境溫度的要求就越苛刻。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，電子天平的正常工作條件需要滿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)帶來熱脹冷縮，對(duì)電子天平就反映在傳感器中細(xì)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，從而影響讀數(shù)的準(zhǔn)確性。如果沒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(jì)量性能應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)單次稱量結(jié)果的示值誤差，以及多次稱量或在不同位置稱量的示值誤差（重復(fù)性和偏載）的相關(guān)規(guī)定。
溫度變化是影響電子天平稱量結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素之一，而實(shí)驗(yàn)室由于早晨和中午會(huì)有一定的溫差、以及電子天平設(shè)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(dá)到10℃。這對(duì)天平的影響是顯而易見的，那么我們?nèi)绾巫霾拍芟郎囟葘?duì)稱量結(jié)果的影響呢？首先，天平在使用過程中，要盡可能地處于一個(gè)溫度相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，當(dāng)天平所處的環(huán)境溫度有較大的變化時(shí)，天平的稱量結(jié)果會(huì)發(fā)生漂移，比如從低溫的倉庫移到溫暖的實(shí)驗(yàn)室，需要讓天平在使用環(huán)境中通電預(yù)熱一定的時(shí)間；其次，當(dāng)溫度變化超過一定范圍時(shí)，我們可以通過校準(zhǔn)將這種漂移消除。
通電時(shí)間的長(zhǎng)短能夠有效地避免溫度變化對(duì)天平的影響。一般來說，天平的精度越高，需要預(yù)熱的時(shí)間越長(zhǎng)。小編在這里建議，十萬分之一天平預(yù)熱時(shí)間在4小時(shí)以上，萬分之一天平預(yù)熱時(shí)間在1小時(shí)以上。
玩轉(zhuǎn)溫度補(bǔ)償，盡在奧豪斯電子天平
對(duì)于電子天平來說，一個(gè)良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮到溫度對(duì)稱量系統(tǒng)的影響，并采取相關(guān)措施減少或消除溫度變化所帶來的影響。奧豪斯電子天平在設(shè)計(jì)中認(rèn)真評(píng)估了溫度對(duì)稱重系統(tǒng)的影響，通過優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)、零部件選型、以及智能算法，來消除溫度帶來的影響，保證天平在額定溫度的變化范圍內(nèi)，計(jì)量性能符合如OIML等法規(guī)的要求。
從入門級(jí)的*CP系列及Adventurer AR系列，到進(jìn)階級(jí)的Adventurer AX系列，再到的Explorer EX系列，zui后到Explorer準(zhǔn)微量天平（EX5）系列，均具有動(dòng)態(tài)溫度補(bǔ)償功能，實(shí)時(shí)修正環(huán)境溫度對(duì)稱量結(jié)果的影響。特別是Explorer全系列和部分AX系列天平所擁有的AutoCal™全自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)能夠自動(dòng)對(duì)溫漂和時(shí)漂做出zui實(shí)時(shí)的反應(yīng)，當(dāng)溫漂值超過±1.5℃或間隔3~11小時(shí)之間（用戶可自定義內(nèi)部校準(zhǔn)時(shí)間）時(shí)，天平校準(zhǔn)自動(dòng)觸發(fā)，全面消除外界環(huán)境對(duì)天平所造成的不良因素。
怎么樣，小編專業(yè)而又全面的講解有沒有讓你對(duì)復(fù)雜而又深?yuàn)W的溫度“魔力”的理解變得清晰透徹了呢？如果你有更多關(guān)于溫度對(duì)天平影響的疑難咨詢，或正在尋求更專業(yè)細(xì)致的選型指導(dǎo)，留下相關(guān)信息，我們專業(yè)的工程師們屆時(shí)將會(huì)在*時(shí)間您！