电子天平的原理

前情回顾在本系列上一期中，小编主要针对电子天平的称量原理，校准的定义及分类，砝码的基础知识以及与天平准确度之间的关系等方面为大家做了科普式的讲解，特别是在校准的分类方面着重花了笔墨进行了详细的梳理，想必大家一定对严谨而又考究的天平校准技术留下了深刻的印象吧，不知道小编尽量将复杂的数学原理讲得通俗透彻的方法有没有让大家解开了心中的疑虑呢？其实在天平的称量中，还有一只无形的大手牢牢地掌控着称量的结果，这就是温度。本期小编将为你展现这只大手到底有哪些奇妙的魔力！ 称量原理的遗留问题 在上次关于校准的分享中，小编对电子天平的称量原理做了简要的介绍，同时也提到温度、湿度等环境因素也会影响电子天平的传感器，但至于是怎么影响的只是卖了个关子。那么今天我们就来走进电子天平的传感器内部，来一起探究温度是怎么影响称量的。 电子天平一般采用电磁力平衡传感器，其称量原理如下图所示： 电子天平在加载前，电磁力平衡传感器处于初始平衡状态。当被测物置于称量盘后，立柱和遮光板在被测物重力的作用下向下移动，光敏二级管D2检测到发光二极管D1发出的光，并产生电流信号，经过I/V变换电路、PID调节器，转变成与被测物重量相对应的电流并驱动动圈，在永磁体的磁场作用下，动圈产生向上的电磁力，使遮光片向上移动，D2输出的电流信号减小，直至遮光片重新回到初始平衡位置，D2的输出电流降为0。此时，动圈产生的电磁力F与被测物重力相当，即F=G=mg，其中m为被测物体的质量，g为重力加速度。【1】 同时，根据电磁力公式F=BLI sinθ，其中B为气隙磁场的磁感应强度，L为动圈（受力导线）的有效长度，I为动圈电流，θ为通电导体与磁场的夹角。由于传感器中动圈的规格尺寸已固定，所以其B和L均不再改变，而θ为90°，故sinθ=1，因此F 的大小与I成对应关系。综合之前的描述，即得出m=BLI / g。【2】 当温度恒定时，B和L是定值，g也是恒定值，则m与I成正比，通过检测动圈电流，就可以间接得到被测物体的质量。当环境温度变化或过流元件发热时，B和L均会发生改变，造成m与I不再成比例关系，使电子天平产生较大的非线性测量误差。 值得一提的是，当电子天平处于预热阶段时，随着内部温度升高，磁感应强度B会逐渐下降, 同时I也会减小，这样就导致电磁力F变小，天平失去平衡，因此示值会呈现正的单方向漂移。而天平只有经过充分预热，使磁钢达到热平衡，这一变化过程结束，天平才达到平衡，再利用去皮功能，使显示置零，此时天平才处于真正的可使用状态。【2】 操纵天平的无形之手 电子天平会根据所在的环境而发生变化的，正常情况下，不同准确度级别的天平对温度范围和温度波动度的要求各不相同，准确度级别越高，对环境温度的要求就越苛刻。根据国家标准的相关规定，电子天平的正常工作条件需要满足以下表格的具体要求： 温度最主要的影响就是其变化会带来热胀冷缩，对电子天平就反映在传感器中细小而又精密的部件之间间隙的改变，这些变化会被灵敏的天平记录下来，从而影响读数的准确性。如果没有特定的工作温度范围，电子天平的正常温度条件为10℃~30℃，计量性能应符合国家标准对单次称量结果的示值误差，以及多次称量或在不同位置称量的示值误差（重复性和偏载）的相关规定。 温度变化是影响电子天平称量结果准确性的重要因素之一，而实验室由于早晨和中午会有一定的温差、以及电子天平设备发热、人员流动等原因，一天中最高温度与最低温度之间往往能够达到10℃。这对天平的影响是显而易见的，那么我们如何做才能消除温度对称量结果的影响呢？首先，天平在使用过程中，要尽可能地处于一个温度相对稳定的环境，当天平所处的环境温度有较大的变化时，天平的称量结果会发生漂移，比如从低温的仓库移到温暖的实验室，需要让天平在使用环境中通电预热一定的时间；其次，当温度变化超过一定范围时，我们可以通过校准将这种漂移消除。 通电时间的长短能够有效地避免温度变化对天平的影响。一般来说，天平的精度越高，需要预热的时间越长。小编在这里建议，十万分之一天平预热时间在4小时以上，万分之一天平预热时间在1小时以上。 玩转温度补偿，尽在奥豪斯电子天平 对于电子天平来说，一个良好的结构设计应该充分考虑到温度对称量系统的影响，并采取相关措施减少或消除温度变化所带来的影响。奥豪斯电子天平在设计中认真评估了温度对称重系统的影响，通过优化机械设计、零部件选型、以及智能算法，来消除温度带来的影响，保证天平在额定温度的变化范围内，计量性能符合如OIML等国际法规的要求。 从入门级的先行者CP系列及Adventurer AR系列，到进阶级的Adventurer AX系列，再到最高级的Explorer EX系列，最后到Explorer准微量天平（EX5）系列，均具有动态温度补偿功能，实时修正环境温度对称量结果的影响。特别是Explorer全系列和部分AX系列天平所拥有的AutoCal™ 全自动校准系统能够自动对温漂和时漂做出最实时的反应，当温漂值超过±1.5℃或间隔3~11小时之间（用户可自定义内部校准时间）时，天平校准自动触发，全面消除外界环境对天平所造成的不良因素。 怎么样，小编专业而又全面的讲解有没有让你对复杂而又深奥的温度“魔力”的理解变得清晰透彻了呢？如果你有更多关于温度对天平影响的疑难咨询，或正在寻求更专业细致的选型指导，请及时联系我们，我们专业的工程师们届时将会在第一时间联系您！ 参考文献： 【1】孙鹏龙，何开宇，卜晓雪，李鹏飞，石磊. 环境温度对高精度电子天平称量准确度的影响[J]. 计量与测试技术，2016，43(10)：34-35. 【2】唐辉，商洪涛，刘向兵. 如何提高电子天平称量的准确性[J]. 医疗装备

p　　说起电子天平，常在实验室工作的人一定不陌生。电子天平是以电磁力或电磁力矩平衡原理进行称量的天平。根据电子天平的功能分类，电子天平可以分为实验室天平、商业天平和工业天平。根据称量精度不同，电子天平可以分为超微量/微量/半微量天平、分析天平、精密天平及工业天平等。相较于机械天平，电子天平没有横梁、没有升降枢装置、全量程不用砝码，直接在显示屏上读数，所以具有操作简单，性能稳定，称量速度快，灵敏度高等特点。相比物理/机械天平等衡器，电子天平具有称量准确可靠、显示快速清晰、操作高效便捷等优势。/pp　　电子天平技术目前已比较成熟，国内电子天平制造企业有几百家之多。实验室用电子天平作为其中一个大类，具有使用范围广泛，下游行业众多等特点。在这个市场中，梅特勒、赛多利斯有着明显的优势，那么，这个市场第三名会是谁?以及，作为一种实验室常用设备，电子天平在不同的行业是否有不同的应用特性?实验室人员在采购电子天平时又会看重电子天平的哪些方面......带着一系列的问题，仪器信息网特组织了“中国实验室用电子天平市场调研”活动。在此调研活动的基础上，我们撰写完成了《中国实验室用电子天平市场研究报告(2019版)》。希望通过该报告了解实验室用电子天平的市场现状及未来发展趋势，实验室用电子天平各品牌市场占有率以及电子天平用户分布等内容，同时，也为各电子天平厂商在以后制定仪器销售和市场推广策略时提供参考。/pp　　《中国实验室用电子天平市场研究报告(2019版)》的完成得到了广大用户、企业以及业内专家的大力支持。其中，共有五百余位来自各行各业的用户参与了调研，二十余位业内专家和我们进行了交流，在此，谨对他们表示最衷心的感谢!/pp　　鉴于针对中国测量仪器市场的调研是一项非常有挑战性的工作，尤其是如何获取真实可靠的市场数据，加之作者水平所限，报告中难免有疪漏和错误，热诚欢迎各位读者和有关专家批评指正。/pp　　报告节选：/pp　　第五章 电子天平应用现状分析/pp　　本章对电子天平用户调研结果进行了归纳分析，主要包括以下几个方面：电子天平用户单位所属行业分布和单位所在地区分布，电子天平使用情况分析，实验室电子天平保有量分布等。以期全方位介绍电子天平在我国的应用现状。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/b2c8d1c6-6861-4c37-ac3d-3b7b48feafdd.jpg" title="微信图片_20190430141322.png" alt="微信图片_20190430141322.png"//pp style="text-align: center "strong用户实验室电子天平精度分布/strong/pp　　报告目录/pp　　第一章 电子天平产业概述.. 1/pp　　1.1 电子天平定义及组成.. 1/pp　　1.2 电子天平工作原理.. 3/pp　　1.3 电子天平产业链分析.. 4/pp　　第二章 实验室用电子天平市场整体分析.. 6/pp　　第三章 电子天平系列划分、价格影响因素.. 8/pp　　第四章 实验室用电子天平主要厂家调研分析.. 9/pp　　4.1 部分市场常见进口品牌分析.. 9/pp　　4.1.1 梅特勒-托利多.. 9/pp　　4.1.2 赛多利斯.. 10/pp　　4.1.3 奥豪斯.. 11/pp　　4.1.4 岛津.. 12/pp　　。。。。。。br//pp　　4.2 部分市场常见国产品牌分析.. 15/pp　　4.2.1 天美.. 15/pp　　4.2.2 华志/普利斯特.. 16/pp　　4.2.3 舜宇恒平.. 17/pp　　4.2.4 上海越平.. 18/pp　　4.2.5 常州幸运.. 18/pp　　。。。。。。/pp　　第五章 电子天平应用现状分析.. 23/pp　　5.1 实验室用户单位分布.. 23/pp　　5.1.1行业分布.. 23/pp　　5.1.2 地域分布.. 24/pp　　5.2 实验室用户称量仪器分布情况.. 26/pp　　5.3 电子天平使用及配备情况分析.. 27/pp　　5.3.1 使用频率分布.. 27/pp　　5.3.2 保有量分布.. 28/pp　　5.3.3 电子天平精度分布.. 29/pp　　第六章 实验室电子天平用户采购行为分析.. 31/pp　　6.1 采购方式分布.. 31/pp　　6.2 电子天平用户未来采购偏好分析.. 32/pp　　第七章 电子天平未来市场预测.. 35/pp　　第八章 总结.. 38/pp　　报告链接：span style="color: rgb(84, 141, 212) text-decoration: underline "a href="https://www.instrument.com.cn/survey/Report_Census.aspx?id=170" target="_blank" style="color: rgb(84, 141, 212) text-decoration: underline "《中国实验室用电子天平市场研究报告(2019版)》/a/span/pp　　strong欢迎感兴趣的网友和我们联系购买报告事宜，电话：010-51654077转 销售部/strong/p

有这么一说：只要电子天平保持长期通电, 仪器就会自动将机壳内的水分挥发。话虽如此，但是几乎每个企业实验室的SOP中都有一项规定就是，天平防风罩内要放干燥剂，大家也仿佛都被洗脑了：天平里就是要放干燥剂的！所以你是不是凌乱了？到底是放好呢，还是不放好呢？今天我们就来讨论下这个话题。不放干燥剂，理论上更加说的通？问题一出，很多网友就各执其词，有人说，要放的，保持天平的干燥哇，一般放硅胶，吸水变色了就放到烘箱里烘干后可以反复利用；有人说，看天平使用环境吧，如果太干燥可能产生静电，反而不利于称量，干燥剂会干扰天平内的气流，造成示值波动。以前，机械式精密天平里都要求放，但是，现在的天平室条件好多了，都要求恒温恒湿了, 所以电子天平一般不需要放置干燥剂，而且放置干燥剂可能会产生微弱的气流，对天平的稳定性有影响！一般在南方，由于气候潮湿，一般的天平室内都装有空调和抽湿机，实验室都有温度湿度控制的，所以无需放置干燥剂。放？不放？连评审专家都有不同意见理论上说，天平里面最好不要放干燥剂。一是，会造成天平内外环境差别；更重要的是天平内湿度降低，玻璃器皿称量时容易产生静电，无法得到稳定读数，尤其在冬天。想想好像也说的通。那听听专家怎么说?遗憾的是，连评审专家都有不同意见，药物方面的专家认为要放，其他领域的专家认为不需要。国内外有相关的规定吗？过去的分析天平，光电天平内部是砝码，受潮（尤其是砝码）会引起称量的不准确。现在的电子天平的原理是压力传感器，靠通电保持温度的稳定。如果天平内部的湿度、温度和外面不一样，那放在里面称的和外面使用的会一样吗？电子天平在使用0.01mg精度时不能放干燥剂，由于干燥剂的存在使天平内的产生微微的气流，从而使得天平不能稳定。天平里面不能太干燥,因为太干燥会引起静电。总之，第一：电子天平有安装要求，环境湿度必须小于65%；第二：未见有明文规定电子天平内必须放干燥剂；第三：天平内外湿度不同，空气比重不同，易引起数据波动。观点：放不放不是原则问题，如果环境达不到要求，建议放，但称量时必须取出，还有勤换。如果严格遵守天平的放置条件，完全没有必要放干燥剂，如果太干燥反而会出现静电。根据在国外有家电子天平原始生产厂家得到很明确的答复：内部不需要放硅胶等干燥剂，只能说放了也没关系，在长期不使用的情况下除了保持室内环境干燥和在称重室内放置干燥剂。不放硅胶的做法是得到生产商确认的。实验室温湿度控制要求环境条件温湿度的控制方面考虑的要素就是保证实验操作的环境温湿度是能够满足实验程序各个过程的需要。我们主要从以下几个方面来制定实验室环境温湿度控制范围。首先，识别各项工作对环境温湿度的要求。主要识别仪器的需要、试剂的需要、实验程序的需要，以及实验室员工的人性化考虑，人体在温度18-25℃ 相对湿度在35-80%范围内总体感觉舒适。 第二，选择并制定有效的环境温湿度控制范围。从以上各要素所有要求清单中摘取最窄范围作为该实验室环境控制的允许范围，制定环境条件控制方面的管理程序，并依据该科室实际情况制定合理有效的SOP。 试剂室温度10-30℃湿度35-80%样品存放室温度10-30℃湿度35-80%天平室温度10-30℃湿度35-65%水分室温度10-30℃湿度35-65%红外室温度10-30℃湿度35-60%中心实验室温度10-30℃湿度35-80%留样室温度10-25℃湿度35-70%第三、保持和监控。通过各项措施保证环境的温湿度在控制的范围内，并对环境温湿度进行监控和做好监控的记录，超过允许范围及时采取措施，开空调调节温度，开除湿机控制湿度。 注意事项1、称取吸湿性物品称取吸湿性、挥发性或腐蚀性物品时，应用称量瓶盖紧后称量，且尽量快速，注意不要将被称物（特别腐蚀性物品）洒落在称盘或底板上；同一个实验应使用同一台天平进行称量，以免因称量而产生误差。2、天平内部的温度平衡先检查防风罩是否已关闭好，若关闭好，就可进行开机操作：不间断地给电子天平通电并使之处于开机状态，电子天平内部就能形成温度平衡。3、温差会导致气流称重容器应尽可能小，并避免使用塑料称重容器，要使称重容器及其内部的样品与周围的温度保持一致，因为温差会导致气流并使称重容器和样品表面的潮湿膜发生变化。同时，不能直接用手把称重容器放人电子天平称重室内，否则会改变称重室和称重容器的温度及湿度。也会对称重过程产生反作用。4、称重样品要放置在秤盘的中间以避免四角误差。对于微量和半微量电子天平，秤盘在长于30分种的称量停顿后需先行一次简短的加载（初始称重作用）。在称重过程完全结束后才能把称重样品从秤盘上移走，防止产生因称重样品引起的称重室温度和空气湿度变化。 网友支招：正确的做法！1、当进行一般的称量操作时，防风罩内不要放置干燥剂。因为干燥剂的存在会引起防风罩内空气对流进而影响称量，另外干燥剂也会增大静电的产生。只要电子天平保持长期通电，仪器会自动将机壳内的水分挥发，所以不必担心潮气对仪器的损害。2、当称量从干燥器内拿出的样品时，需要先放入干燥剂平衡一段时间，然后再进行称量！因为这样保持了与干燥器中环境一样，有利于读数快捷，降低了因为吸潮对样品重量的影响。3、如果天平室配备有湿度调节装置，则完全不需要在防风罩内放置干燥剂，控制环境湿度符合65%以下就可以了。4、千分之一及以下天平就不用放干燥剂了，假如称量蒸馏水时放干燥剂，数据肯定不稳定啊。小结在此，还是提醒大家，工作和学习中，不能总是规定怎么说，你就怎么做，凡事多想想，为啥呢？背后的原理是什么呢？你会收获良多的！说了一堆，有人可能会说，还是不知道怎么做。放有放的道理，不放有不放的道理，既然没有明文规定说，一定不要放干燥剂，那我放干燥剂在天平防风罩内，总是没有错的吧？关于电子天平干燥剂的事儿，其实，你应该知道，如上文所说，每个不同功能的实验室都有自己对应的温湿度要求，所以整体达标了，天平的使用基本不受影响，但是，如果本身室内温湿度都不达标的话，天平内放置干燥剂其实也会对称量有影响，不是吗？记住：天平室要求温度10-30℃，湿度35-65% 。电子天平工作室不能有空气对流，工作台要避免振动，室温应尽量保持稳定以避免温度漂移，应防止在辐射源附近称重。大部分的天平用户都是通过电子天平检定规范的方法和标准来检查电子天平的符合性。问题在于我们的称量目标（即每一个具体称量的允差）是否匹配于国家标准对天平的要求。事实上我们对称量误差的要求要么高于/要么低于国家标准对天平的要求。当国家标准低于称量任务对天平的具体要求时，一台检定合格的天平就变的不可靠了。本文内容来源于网络，用于交流学习，如有侵权，请联系我们删除！-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------超微量天平的优势创新调整系统新的 2 点式调整系统确保非常高的测量精度，同时减少线性误差，在整个称重量程内保证可靠结果。首屈一指的测量精度*新 Tegra 系列处理器与专为根据环境条件调整筛选而设计的原创解决方案相结合，确保出众的工作条件可重复性和快速结果稳定性。新的数据管理体验可扩大至高达 32 GB 的内存能够记录复杂报告形式的测量数据，以及显示统计数据等信息的图表。可重复性，符合 USP非常好的称重精度和 sd ≤ 1d 的可重复性，加上符合 USP 要求（第 41 和 1251 条），为重量测量品质树立新的标准。符合人体工程学，操作安全终端和称重设备之间的无线通信支持在层流柜和通风橱中使用天平。通过移动设备操作Wi-Fi 功能支持将天平数据传输到使用 iOS 或 Android 系统的移动设备。数据安全性由于采用 ALIBI 内存自动执行测量结果记录，您的数据始终安全，并且可以在需要时随时使用。