物体中称重检测方案(天平)

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SARTORIUS应用文章 静电基础知识 2020年3月30日 关键词或短语：静电影响，分析天平，实验室称重 静电对分析称重的影响 引言 在消除分析称重过程中静电的各种选项中，有低成本的简单措施。但是，由于当前的计量量实际限制，这些措施许多难以实施、耗时且并非普遍适用。另一方面，有些方法不仅强大且节省空间，尤其是直接集成至天平时。 在我们日常生活的许多领域中，静电是一种常见的物理现象，它在工业和各种研发实验室中具有重大意义。例如，在工业生产过程或材料分析过程中，材料的静电充电会产生不利影响。再例如，使用抹刀或加料位头进行粉末给料会有使物质分散的风险，因此无法无溢撒地向容器给料。静电放电会损坏电子设备和组件。火花放电很容易点燃附近的易燃物质，导致严重事故。因此，为了消除静电荷及其相关的负面影响，全世界花费了数百万美元。 静电由两个物体之间的摩擦产生的。在该摩擦过程中，电子从功函数较低的物体(供体)转移到功函数较高的物体(受主)，从而产生离子(见图1)。携带过多电子的物体带负电荷，缺少电子的物体带正电荷。然而，这只是暂时的电荷变化，因为一旦物体具有一定的导电性或接地，任何多余的电子都会从物体中流出。 样品本身或样品和容器或皮重容器之间可能会产生摩擦。例如，在干燥箱中对流期间，空气摩擦在玻璃容器上产生电荷，当粉末和液体在容器之间转移时，它们的内部摩擦会在样品内的颗粒上产生电荷。实际上，在物质的加工或运输过程中无法避免摩擦。因此，静电充电几乎100%发生。由于人在天平周围移动会直接转移电荷载流子，因此天平周围也可能会产生破坏性静电力。 对称重的直接影响 所有天平制造商都被要求采用适当的技术解决方案来应对称量时存在的静电问题。静电可能对称重过程本身或结果产生不利影响，因此需要通过耗时的材料选择或材料处理程序来解决这些影响。在某些情况下，物料的称量由于处理过程中静电电荷的积聚而几乎无法完成。另外，某些物料的静电性能可能会随着环境湿度的升高和降低而变化，从而更加难以称重。通常，当相对湿度低于45%时，静电现象会变得更严重冬季欧洲纬度地区或空调房通常会发生这种情况。因此，天平用户在不同季节或时间面临的条件不同，导致难以再现天平称量结果。 在以下情况下，物料可能会带静电： ▪在固体中，当物料的表面电阻Rs>10GQ(根据IEC93)时 ▪在液体中，电导率<10nS/m ▪在不接地的导电材料中 在称重操作期间，待称重的物料上积累的电荷与天平的固定部分(未导电连接到称盘)之间相互作用会产生该静电力。 因此，在待称重的物料和天平的固定部分之间会产生电场。天平的固定部分包括防风罩和外壳，例如天平底座。 所产生的静电力可能导致负载出现克数量级的变化(显示值)。在实践中，静电所造成的不利影响绝不止绝对重量错误。其他严重问题还包括重量读数严重漂移和结果的可重复性差。 图1a： 离子产生的示意图：在两个中性原子碰撞或摩擦时，功函数较低的物体会失去电子。 图1b： 丢失的电子移动到功函数较高的物体，从而产生离子。左边原子的总电荷为正(正离子)；右边原子的总电荷为负(负离子)。 积聚的电荷通过称重盘缓慢流出，因此所产生的力并非永久恒定，导致漂移和重复性差。根据电荷携带的极性，相互作用可以是相互排斥或者相互吸引，这意味着重量结果可以发生正负偏离。如果样品上的电荷和环境电荷的极性相同(两者均为+或-)，就会发生相互排斥作用(见图2)。待称重的物料显得比实际重量要重。 另一方面，当样品上的电荷和环境电荷的极性不同(一个+一个-)时，就会产生相互吸引。因此，相互吸引作用会使得待称量物料显得比实际重量要轻(见图3)。 图2：称重期间的相互排斥作用。当称量容器和环境都带负电荷时，所产生的力向下(黄色箭头)。这使得样品显得较重。 图3：相互吸引作用。当称量容器和环境都带相反电荷时，所产生的力向上(黄色箭头)。这使得样品显得较轻。 中和静电电荷 为消除静电对称重的影响，需确保样品及其周围区域无任何电荷。一种方法是在天平防风罩的所有玻璃元件上使用完全透明的导电涂层，使称量室和称盘免受静电场的影响，效果良好。Cubis@|系列的所有玻璃防风罩都具有此重要功能。 另一种解决方案是在天平附近使用电离器和除静电笔(请参见图4)。该解决方案的原理是通过离子轰击进行表面中和。在大多数情况下，表面中和有助于消除天平外部环境中容器和样品上的静电电荷，减少电荷聚集非常有效。 图4：电离器和除静电笔 可使用天平下称量方法来称量大块物料，例如塑料块。因为静电力与物体间距离的平方成反比，使用吊具将样品固定在称重盘下方，增大了样品和称盘间的距离从而减小了静电的影响。当然，还可以在称重盘上称重时使用这种方法减少静电电荷影响；如果样品和称量盘之间的距离明显小于样品和天平固定部分之间的距离，则静电力对称量结果的任何影响都会减小，因为称重盘可提供有效屏蔽。但是，如果相反，静电电荷仍然会影响称重过程。有时，在样品和称重盘之间放置一个物体就足以将作用力减小至对称重结果无明显影响的程度。此外，增强称重盘的屏蔽效果也足以满足某些应用的要求。为此，我们提供比标准称重盘直径更大的特殊称重盘(图5)。 图5：防静电称盘可更好地屏蔽样品中的静电电荷。该称重盘设计成多孔圆盘，可以减轻重量，主要用于滤膜称量材料。 图6显示了滤膜称盘的特定天平示例，该天平使用法拉第笼(接地的金属屏蔽层)解决静电电荷问题。称重时，称盘和连接到称盘的导电的防风罩盖可完全屏蔽滤膜。在汽车工业或环境机构中，该滤膜称量天平通常用于测定排放物中的颗粒物。 图6：Cubis@|微量天平配备特别防风罩F，用于尺寸高达90mm的滤膜称盘。 避免静电电荷影响的有用设备 通常，中和静电电荷所需的时间取决于样品的材料、表面和形状，以及天平附近的相对湿度。 新型Cubis@|l天平提供Q-Stat静电消除器，该静电消除器集成在模块化天平系列的防风罩|中，可在几秒钟内消除静电电荷。 图7：Cubis|电动自动防风罩|包括一个带有四个喷嘴的静电消除器，可有效消除静电电荷。 在Cubis@Ⅱ的防风罩|中，四个喷嘴位于后壁(见图4)。这些喷嘴的功能是电晕放电，通过该过程电流从高压电极流到空气中。 在非常细的针头周围，电场强度非常高，以至于空气分子被电离并在电极周围形成等离子体区域。所产生的离子将电荷传递到较低电势的区域。在与自由电荷复合后，它们再次形成中性气体分子。 Cubis@|天平中的四个喷嘴可有效消除电荷。通过使用相反极性的喷嘴，称盘区域会产生一种聚焦效应。这使得样品容器和物质(例如粉末)中的静电荷可在不干扰气流的情况下高效中和，从而防止了称重过程中静电力造成的误差。 此外，此型号的防风罩玻璃面板上的全透明导电层可在附近为天平提供额外保护，使其免受静电场的影响。这也确保了稳定正确的称量结果不受静电电荷的影响。 图8 Cubis@|I支持不同应用，其中消除静电电荷对于称量滤膜上的极少量颗粒物至关重要(此处使用专用支架YSH30，用于直径高达150mm的滤膜)。 销售与服务联系方式 更多联系信息，请访问 www.sartorius.com.cn 赛多利斯(上海)贸易有限公司 邮箱 lab.cn@sartorius.com 服务热线 400 920 9889|800 820 9889 上海北京上海市浦东新区盛荣路 388北京市顺义区空港工业区 B弄百佳通产业园3号楼区裕安路33号，1013007-11层，200120电话+86 10 8042 6300 电话+86216066 6100 苏州广州 苏州市虎丘区科技城锦峰路广州市越秀区水荫路 117号 158 号 101park-28 幢201，1105单元， 510075 215163电话+8620 37617284 电话+86 512 6616 0490 成都西安成都市上东大街246号新良西安市和平路 118号和平银大厦2406 室， 610012座1107室， 710001电话+86 28 8666 6877电话 +86 29 87512305 ( 技木规格如有变更，恕不另行通知。 ) ( 赛多利斯保留最终解释权和修改权。 ) ( 版本06|2021 ) Overview静电是一种常见的物理现象，但它在工业和各种研发实验室中却很可能横生枝节。材料的静电充电在工业生产过程中会产生不利影响；静电放电会损坏电子设备和组件；火花放电很容易点燃附近的易燃物质，导致严重事故…… 为了消除静电荷及其相关的负面影响，全世界花费了数百万美元，人工更是不计其数。在消除分析称重过程中静电的各种选项中，有低成本的简单措施。但是，由于当前的计量和实际限制，这些措施许多难以实施、耗时且并非普遍适用。另一方面，有些方法不仅强大且节省空间，尤其是直接集成至天平时。Download本篇应用文章《静电对分析称重的影响》阐述了静电基础知识、静电对称重的直接影响、中和静电电荷原理，以及Cubis® II实验室天平是如何有效避免静电电荷影响的。点击下载获取全文对称重的直接影响静电可能对称重过程本身或结果产生不利影响，因此需要通过耗时的材料选择或材料处理程序来解决这些影响。在某些情况下，物料的称量由于处理过程中静电电荷的积聚而几乎无法完成。另外，某些物料的静电性能可能会随着环境湿度的升高和降低而变化，从而更加难以称重。在以下情况下，物料可能会带静电- 在固体中，当物料的表面电阻Rs> 10GΩ（根据IEC93）时- 在液体中，电导率<10 nS/m- 在不接地的导电材料中中和静电电荷为消除静电对称重的影响，需确保样品及其周围区域无任何电荷。方法一：在天平防风罩的所有玻璃元件上使用完全透明的导电涂层，使称量室和称盘免受静电场的影响，效果良好。Cubis® II系列的所有玻璃防风罩都具有此重要功能。方法二：在天平附近使用电离器和除静电笔。该解决方案的原理是通过离子轰击进行表面中和。在大多数情况下，表面中和有助于消除天平外部环境中容器和样品上的静电电荷，减少电荷聚集非常有效。电离器和除静电笔有时，在样品和称重盘之间放置一个物体就足以将作用力减小至对称重结果无明显影响的程度。此外，增强称重盘的屏蔽效果也足以满足某些应用的要求。为此，我们提供比标准称重盘直径更大的特殊称重盘。防静电称盘可更好地屏蔽样品中的静电电荷。该称重盘设计成多孔圆盘，可以减轻重量，主要用于滤膜称量材料。下图显示了滤膜称盘的特定天平示例，该天平使用法拉第笼（接地的金属屏蔽层）解决静电电荷问题。称重时，称盘和连接到称盘的导电的防风罩盖可完全屏蔽滤膜。在汽车工业或环境机构中，该滤膜称量天平通常用于测定排放物中的颗粒物。Cubis® II微量天平配备特别防风罩F，用于尺寸高达90mm的滤膜称盘。避免静电电荷影响的有用设备通常，中和静电电荷所需的时间取决于样品的材料、表面和形状，以及天平附近的相对湿度。新型Cubis® II天平提供Q-Stat静电消除器，该静电消除器集成在模块化天平系列的防风罩I中，可在几秒钟内消除静电电荷。Cubis® II电动自动防风罩I包括一个带有四个喷嘴的静电消除器，可有效消除静电电荷。Cubis® II天平中的四个喷嘴可有效消除电荷。通过使用相反极性的喷嘴，称盘区域会产生一种聚焦效应。这使得样品容器和物质（例如粉末）中的静电荷可在不干扰气流的情况下高效中和，从而防止了称重过程中静电力造成的误差。此外，此型号的防风罩玻璃面板上的全透明导电层可在附近为天平提供额外保护，使其免受静电场的影响。这也确保了稳定正确的称量结果不受静电电荷的影响。Cubis® II支持不同应用，其中消除静电电荷对于称量滤膜上的极少量颗粒物至关重要（此处使用专用支架YSH30，用于直径高达150mm的滤膜）。探索Cubis® II