在本係列上一期（qī）中，小（xiǎo）編主要針對電子天平的稱量原理（lǐ），校準的定義及分類，砝碼的基礎知識以及（jí）與天平（píng）度之間的關（guān）係等方麵為大家做了科普式的（de）講（jiǎng）解，特別（bié）是在校準的分類方麵著重花了筆墨進行了詳（xiáng）細的梳理，想必大家一（yī）定對嚴謹而又考究的天平校準技術（shù）留下了深（shēn）刻的印象吧（ba），不（bú）知道小編盡量將複雜的數學原理講得通俗透徹的方法有沒有讓（ràng）大家解開了心中（zhōng）的疑慮呢？其實在天平的稱量（liàng）中，還有一隻無形（xíng）的大手牢牢地掌控著稱量的結果，這就是溫度。本期（qī）小編將為你展現這隻大手到底有哪些（xiē）奇妙的魔力（lì）！

稱量原理的問題

在上次關於校準的分享中，小編對電子天平的稱量（liàng）原理（lǐ）做了簡要（yào）的介紹，同時也提到溫度、濕度等環境（jìng）因素也會影（yǐng）響電子天平的傳感器，但至於是怎麽影響的隻是賣了個關子。那麽今天（tiān）我們就（jiù）來走（zǒu）進電子天平的傳感器內部（bù），來一起探究溫度是怎麽影響稱量的。

電子天平一般（bān）采用電磁力（lì）平衡傳感器，其稱量原理如（rú）下圖所示：

電子天（tiān）平在（zài）加（jiā）載前，電磁力（lì）平（píng）衡傳感器處於（yú）初始平衡狀態。當被測物置於稱量盤後，立柱和遮光板在被（bèi）測物重力的作用下向下移動，光敏二級管D2檢（jiǎn）測到發光二極管D1發出（chū）的光，並（bìng）產生電流信號，經過I/V變換電路、PID調節器（qì），轉變成與（yǔ）被測物重量相對應的電流並驅動動圈（quān），在永磁體的磁場作用下，動圈產生向上的電磁力，使遮光片向上移動，D2輸（shū）出的電流信號減小，直至遮光片重新回到初始平衡位置，D2的（de）輸出電流降（jiàng）為0。此時，動圈（quān）產生的電磁力F與被（bèi）測（cè）物重力相當，即F=G=mg，其中m為被測（cè）物體的質量（liàng），g為重力加（jiā）速度。^【1】

同時，根據電磁（cí）力公式F=BLI sinθ，其中B為氣隙磁場的磁感應強度，L為動圈（受力導線）的有效長（zhǎng）度，I為動圈電（diàn）流，θ為通電導體與磁場的夾角。由於傳感器中動圈的規格（gé）尺寸已固定，所以其B和（hé）L均不（bú）再改變，而θ為（wéi）90°，故（gù）sinθ=1，因此F 的大小與I成對應（yīng）關係。綜合之（zhī）前的描述（shù），即（jí）得出m=BLI / g。^【2】

當溫度恒（héng）定時（shí），B和L是定值，g也是恒定值，則m與I成（chéng）正比，通過檢測動圈電流，就（jiù）可以間接得（dé）到被測（cè）物體的質量。當環境溫度變化或（huò）過流元件發熱時，B和L均會發生改變，造成m與I不再（zài）成比例關係，使電子天平產（chǎn）生較大的非線性測量（liàng）誤差。

值得一（yī）提的是，當電子天平處於預熱階段時，隨著內部溫度升高，磁感應強度B會逐漸下降, 同時I也（yě）會減小，這樣就導致電磁力F變小（xiǎo），天平失（shī）去平衡，因此示值會呈現（xiàn）正（zhèng）的單方向漂移。而天平隻有經過充分預熱，使磁鋼達到（dào）熱平衡（héng），這一變化過程結束，天平才達到平衡，再利用去皮功（gōng）能，使顯示置零，此時天平才處於真正的可使用（yòng）狀態（tài）。^【2】

操縱天平的（de）無形之手

電子天平會根（gēn）據所在的環境而發生變化的，正常情況下，不同度級別（bié）的天平對溫度範圍和（hé）溫度波動度的要求各不相同，度級別越高，對環境溫（wēn）度的要求就越苛刻。根（gēn）據國家標準（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（gé）的具體要求：

溫度zui主要的影響（xiǎng）就是其變化會帶來熱脹冷縮，對電子（zǐ）天平就反映在傳感器中細小而又精密的部件之間間隙的改變（biàn），這些變化會被靈（líng）敏（mǐn）的天（tiān）平記錄下來，從而（ér）影響讀數的性。如果沒有特定的工（gōng）作溫度範圍，電子天平的（de）正常溫度條件為10℃~30℃，計量性能應符合國家標準對（duì）單次稱量結果的示值誤差，以及多次稱量或在不同位置稱（chēng）量的示值誤差（重複性和偏載）的相關規定。

溫度變化是影（yǐng）響電子天平稱量結果性（xìng）的重要因素之一，而實驗室由於早晨和中午會有一定的溫差、以及（jí）電子天平設備（bèi）發熱、人員流動等原因，一天中zui高溫度與zui低溫度之間往（wǎng）往能夠達到10℃。這對天（tiān）平的影響是（shì）顯而易見的，那（nà）麽我們（men）如（rú）何（hé）做才能消除溫度對稱量結果的影響呢？首先，天平在使用過程中，要盡可（kě）能地處於一個溫度相（xiàng）對穩定的環境，當（dāng）天平所處的環境溫度有較大的變化時，天平的稱量結（jié）果會發生漂移，比（bǐ）如從低溫的倉庫移到溫暖的實驗室，需要讓天平在（zài）使用環境中通電預熱（rè）一定的時間（jiān）；其次，當溫度變（biàn）化超過一（yī）定範圍時，我（wǒ）們（men）可以通過校（xiào）準將這種漂移消除。

通電時間的長短能夠有效地避免溫（wēn）度變化對天（tiān）平的影響。一般來說，天平的精度越（yuè）高，需要預（yù）熱的時間越長。小編在這裏建議，十萬（wàn）分之一天平預熱時間在4小時以上（shàng），萬分之一（yī）天平（píng）預熱（rè）時（shí）間在1小時以上。 


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