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略談電子天平的校驗(yàn)與質(zhì)量控制
電子天平雖然具有機(jī)械天平*的優(yōu)點(diǎn)，但經(jīng)過(guò)運(yùn)輸及使用中各種因素的影響,，量值和秤量準(zhǔn)確度會(huì)發(fā)生變化,，所以必須要進(jìn)行校驗(yàn)和質(zhì)量控制。本文以JJG 1036-2008《電子天平》為依據(jù)探討了電子天平的校驗(yàn)方法和質(zhì)量控制原則,，并簡(jiǎn)要介紹了電子天平的工作原理,。
電子天平主要是依靠傳感器來(lái)秤量物體質(zhì)量(重力)的天平。電子天平因其秤量迅速,、準(zhǔn)確,、讀數(shù)直觀而廣到歡迎，應(yīng)用場(chǎng)合也越來(lái)越普遍,，很多企業(yè)和科研單位已用電子天平代替機(jī)械天平進(jìn)行秤量操作,。但電子天平同其他天平樣，在使用過(guò)程中受到各種因素的影響,，量值和秤量準(zhǔn)確度會(huì)發(fā)生變化,，因此必須定期進(jìn)行校驗(yàn)和調(diào)整，以保證質(zhì)量量值傳遞的準(zhǔn)確和可靠,。本文分析和闡述了電子天平的工作原理,、校驗(yàn)方法，并對(duì)影響電子天平質(zhì)量控制的因素進(jìn)行了探討,。
1工作原理
電子天平的核心部件是電子傳感器,，傳感器的類型主要有應(yīng)變式、電容式和電磁平衡式三種,，本文簡(jiǎn)要介紹應(yīng)變式和電磁平衡式電子天平的工作原理,。
1.1 電磁平衡式傳感器電子天平原理
通電后導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線產(chǎn)生的電磁力(即洛倫磁力)可用下式[1]表示：
式中：——電磁力;
——電流強(qiáng)度;
——電磁感應(yīng)強(qiáng)度;
——與之間的夾角。
天平空載時(shí),，電磁平衡式傳感器處于平衡狀態(tài);加載后,，感應(yīng)線圈的位置發(fā)生變化，光電傳感器采集到位置變化信號(hào),，通過(guò)控制電磁線圈中電流變化,，使電磁平衡式傳感器重新處于平衡狀態(tài)。微處理器將電磁線圈中的電流變化量,，轉(zhuǎn)化為數(shù)字顯示在顯示屏上,，就是看到的秤量數(shù)據(jù)[2],。
1.2應(yīng)變式傳感器電子天平原理
空載時(shí)應(yīng)變式傳感器的阻值不變，通過(guò)橋式電路輸入到放大器的電壓為零;加載后應(yīng)變式傳感器受到應(yīng)變,，其阻值發(fā)生變化,，其變化量通過(guò)橋式電路輸入到放大器反映出來(lái)，經(jīng)微處理器處理顯示在顯示屏上,，就是秤量的質(zhì)量,。
2 電子天平的校驗(yàn)方法
2.1 檢定方法
2.1.1 檢定標(biāo)準(zhǔn)和項(xiàng)目
電子天平檢定和檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)是JJG 1036-2008《電子天平》。檢定和檢驗(yàn)項(xiàng)目主要是外觀檢查,、偏載誤差,、重復(fù)性和示值誤差四個(gè)大項(xiàng)，使用中的檢驗(yàn)除外觀檢查外,，其余三項(xiàng)都要檢驗(yàn),。
2.1.2 外觀檢查
外觀檢查項(xiàng)目包括：⑴檢查天平的標(biāo)記是否完備、清晰,。標(biāo)記中*的標(biāo)記有12項(xiàng),，其他必要的標(biāo)記有4項(xiàng)，其中需要關(guān)注的是準(zhǔn)確度別,、大秤量(),、小秤量()、實(shí)際分度值(),、檢定分度值()這幾項(xiàng),。⑵結(jié)構(gòu)性要求，如適用性,、可靠性,、功能性要求等。在客戶現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)還要檢查工作臺(tái)的穩(wěn)固性和防震性;送檢的天平要在檢驗(yàn)室存放24h以上,，以使天平與室內(nèi)環(huán)境溫濕度平衡[3],。
2.1.3偏載誤差
偏載誤差是同載荷在天平秤盤(pán)不同位置的示值誤差。試驗(yàn)時(shí)的載荷選擇大秤量(包括大加法去皮效果)的標(biāo)準(zhǔn)砝碼,。砝碼放置的位置如圖1所示,。
圖1 偏載誤差檢定稱重砝碼放置位置圖
試驗(yàn)時(shí)應(yīng)對(duì)砝碼放置的位置進(jìn)行計(jì)數(shù)和記錄，每放置次應(yīng)該置零次;檢定圖1中5個(gè)位置的示值,，大誤差的值減去小誤差的值(加載或卸載時(shí))所得結(jié)果小于大允許誤差()時(shí)該項(xiàng)合格,。
2.1.4重復(fù)性
重復(fù)性是檢驗(yàn)同載荷多次秤量結(jié)果之間的差值。天平重復(fù)性檢驗(yàn)應(yīng)在空載和加載條件下進(jìn)行,，天平具有自動(dòng)置零或零點(diǎn)跟蹤功能時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇該功能,。試驗(yàn)載荷選擇大秤量的單個(gè)砝碼，測(cè)試次數(shù)至少6次,。由于該項(xiàng)試驗(yàn)對(duì)環(huán)境比較敏感,，所以要求測(cè)試環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定,，盡量屏蔽外界干擾。重復(fù)性結(jié)果用計(jì)算,，其中是加載時(shí)天平示值誤差的大值,，是加載時(shí)天平示值誤差的小值。當(dāng)時(shí)該項(xiàng)合格,。
2.1.5示值誤差
示值誤差是采用高等的標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)電子天平進(jìn)行檢定或校準(zhǔn),，標(biāo)準(zhǔn)砝碼的量值是約定真值，或?qū)嶋H值,、校準(zhǔn)值、標(biāo)準(zhǔn)值,。檢定時(shí)采用直接測(cè)量法,，得到天平示值與標(biāo)準(zhǔn)砝碼值之差就是示值誤差。
試驗(yàn)示值誤差是從零載荷逐漸加至大秤量后,，再逐漸卸載到零載荷時(shí)為止,。試驗(yàn)載荷必須包含4個(gè)載荷點(diǎn)：空載、小秤量,、大允許誤差轉(zhuǎn)折點(diǎn)的載荷和大秤量,。加載或卸載的次數(shù)，檢定至少10個(gè)點(diǎn);后續(xù)檢定或使用中檢驗(yàn),，至少6個(gè)點(diǎn),。所測(cè)所有的示值誤差(零點(diǎn)修正后)時(shí)，該項(xiàng)合格,。
2.1.6檢定周期
電子天平的檢定或校準(zhǔn)周期般不得超過(guò)1年,。
2.2 校準(zhǔn)方法
在判定臺(tái)電子天平合格與否時(shí)不能忽略校準(zhǔn)操作。因?yàn)椴糠痔炱绞褂幂^長(zhǎng)時(shí)間未進(jìn)行校準(zhǔn),，因而在對(duì)其進(jìn)行測(cè)試時(shí)誤差較大;同時(shí)有些天平存放時(shí)間較長(zhǎng),，位置變動(dòng)，或環(huán)境變化等影響,，這些因素決定天平在使用前需要進(jìn)行校準(zhǔn)操作,。電子天平的校準(zhǔn)，應(yīng)參考的檢定規(guī)程,，并根據(jù)生產(chǎn)廠家說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作,。
電子天平的校準(zhǔn)分內(nèi)校和外校兩種方式。無(wú)論采取哪種方法,，在校準(zhǔn)前必須完成以下準(zhǔn)備工作：⑴天平已調(diào)水平或已處于水平狀態(tài);⑵預(yù)熱;⑶秤盤(pán)空載;⑷擋風(fēng)窗已關(guān)閉,。
內(nèi)校方法：具有自動(dòng)內(nèi)校功能的電子天平，按住CAL鍵,，天平自動(dòng)校準(zhǔn),，不用砝碼,。如果校準(zhǔn)時(shí)顯示“Err”，重新清零后再進(jìn)行校準(zhǔn),。
外校方法：以JA1203型電子天平為例說(shuō)明,。天平開(kāi)機(jī)自檢時(shí)，輕按CAL鍵至顯示屏出現(xiàn)“CAL-”時(shí)松手,，這時(shí)出現(xiàn)“CAL-100”的字樣,，其中“100”不停閃爍;將準(zhǔn)備好的100g標(biāo)準(zhǔn)砝碼放在秤盤(pán)上，顯示屏上出現(xiàn)“----”等待符號(hào);經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)段時(shí)間后,，顯示屏上出現(xiàn)“1000.000g”;取出標(biāo)準(zhǔn)砝碼,，顯示屏上應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)“0.000g”字樣，如果不出現(xiàn)這個(gè)字樣,，應(yīng)當(dāng)清零后重復(fù)以上操作直至出現(xiàn)該字樣時(shí)為止,。為了得到更準(zhǔn)確的校正結(jié)果，應(yīng)當(dāng)重復(fù)以上校準(zhǔn)步驟兩次,。
日常工作中,，天平移動(dòng)位置或天氣溫度明顯變化，均應(yīng)進(jìn)行內(nèi)?；蚨ㄆ谕庑?。
3 電子天平的質(zhì)量控制
3.1 預(yù)熱
電子天平必須經(jīng)過(guò)充分的預(yù)熱才能保證示值的穩(wěn)定,。預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)短與天平的傳感器類型,、結(jié)構(gòu)等有關(guān),，還與檢定分度值和檢定分度數(shù)相關(guān),，具體預(yù)熱時(shí)間應(yīng)當(dāng)依照電子天平生產(chǎn)廠家說(shuō)明書(shū)要求執(zhí)行,。
3.2 預(yù)壓
電子天平停止工作段時(shí)間后會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài),，為了讓天平盡快進(jìn)入工作狀態(tài),，檢定前應(yīng)當(dāng)使用砝碼多次加載,。如果休眠后立即開(kāi)始檢定工作,，天平進(jìn)程示值與回程示值的差值會(huì)明顯增大,。預(yù)壓時(shí)不用關(guān)注秤量結(jié)果和回零情況。
3.3 重力加速度的影響
采用電磁平衡式傳感器的電子天平,，在秤量時(shí)被測(cè)質(zhì)量轉(zhuǎn)換為重力,，再轉(zhuǎn)為電流信號(hào)的過(guò)程中，測(cè)量結(jié)果與重力加速度關(guān)系密切,。重力加速度與緯度,、海拔高度、地殼密度等各種因素有關(guān),，因此電子天平需要對(duì)重力加速度進(jìn)行修正補(bǔ)償,。
內(nèi)置校準(zhǔn)砝碼的補(bǔ)償。般通過(guò)對(duì)內(nèi)置砝碼進(jìn)行秤量后計(jì)算得出當(dāng)?shù)氐闹怠?/p>
外附校準(zhǔn)砝碼的補(bǔ)償,。般用標(biāo)準(zhǔn)砝碼代替外附校準(zhǔn)砝碼進(jìn)行秤量,，可進(jìn)行重力加速度的自動(dòng)校準(zhǔn),，從而實(shí)現(xiàn)重力加速度的自動(dòng)補(bǔ)償。
3.4 環(huán)境溫度變化的影響
溫度變化會(huì)造成電子天平靈敏度漂移而產(chǎn)生測(cè)量偏差,，故此需要對(duì)溫度變化進(jìn)行校正,，以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確。
作者：李杰興 來(lái)源：城市建設(shè)理論研究 2012年26期