之一：探秘“最小稱量值”的那些事

藥品要有療效，油漆要有正確的顏色，膠水的粘合力要有，蛋糕的味道要純正，建筑水泥要有一定的強(qiáng)度，黃金首飾的質(zhì)量要正確……這一切都需要有的稱量來。作為在實(shí)驗(yàn)室中最常用的稱量工具之一，電子天平的出鏡率，尤其是在制藥行業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)中扮演著不可或缺的角色。在整個(gè)藥品實(shí)驗(yàn)過程中的稱量結(jié)果十分重要，直接影響到研發(fā)成果的可靠性和最終產(chǎn)品的品質(zhì)，而當(dāng)中最為關(guān)鍵的就是和精密稱定息息相關(guān)的天平“最小稱量值”的問題。

關(guān)于“最小稱量值”的盲點(diǎn)

關(guān)于電子天平的“最小稱量值”，因?yàn)樯婕暗铰晕⒒逎乃幍湟?guī)則和比較專業(yè)的計(jì)算公式，所以目前存在著一個(gè)不容忽視的現(xiàn)實(shí)，即使是擁有多年天平銷售經(jīng)驗(yàn)的廣大的銷售人員或者經(jīng)銷商朋友，由于對(duì)天平的專業(yè)知識(shí)存在著多多少少的盲點(diǎn)，因此難免會(huì)對(duì)此問題產(chǎn)生誤區(qū)。

根據(jù)美國藥典的規(guī)定，如果需要用分析天平地稱量物質(zhì)，則必須符合美國藥典通則41的要求，即所稱量物品的質(zhì)量不能小于某個(gè)最小稱量值。為此，奧豪斯的工程師在一次新產(chǎn)品經(jīng)銷商會(huì)議上拋出了一個(gè)問題：一款電子天平稱量范圍為0~220g，它的可讀性為 0.01mg，那么可以用這個(gè)天平來稱量10mg的藥樣嗎？當(dāng)場有許多經(jīng)銷商想當(dāng)然地給出了肯定的答案——既然天平的可讀性為0.01mg，10mg的樣品肯定可以稱量了，就算是1或2mg的樣品，稱量應(yīng)該也是沒有問題的。大家討論了一陣，工程師笑著給出了答案：“你們的回答是錯(cuò)誤的！”很顯然大家都誤把最小稱量值當(dāng)成可讀性了。那么到底該怎樣計(jì)算天平的最小稱量值呢？

如何定義和計(jì)算“最小稱量值”

最小稱量值，也稱樣本最小凈重量，在美國藥典通則1251中有明確的定義，它描述了在要求的稱量度的前提下，可以接受的樣品量下限。為了滿足要求的稱量度，當(dāng)樣本被稱量時(shí)，試樣質(zhì)量（如凈重量）必須等同或者大于最小稱量值。最小稱量值只適用于樣本凈重量，皮重或毛重除外。它可通過以下公式表示： m min = k × s RP / U

這里k是擴(kuò)展因子（通常≥2），s RP是測試砝碼不少于10次重復(fù)稱量值的標(biāo)準(zhǔn)差（比如以毫克為單位），且s RP隨不同的環(huán)境，所測算的具體值也不同，U是要求的稱量度。其中中國藥典規(guī)定，“精密稱定”時(shí)U取0.10%，“稱定”時(shí)U取1%。

對(duì)那些必須精密稱定的物料，美國藥典通則41做了如下規(guī)定：如果重量值標(biāo)準(zhǔn)差的2倍除以砝碼值，結(jié)果不超過0.10%，那么重復(fù)性則是符合要求的。在這個(gè)條件下，以上公式可簡化為：m min = 2000 × s RP。如果得到的重復(fù)性小于0.41d，這里d是顯示分度值（規(guī)定為0.01mg），則用0.41d代替。在這個(gè)條件下，以上公式可簡化為m min = 820d。

如何利用4Q認(rèn)證正確地選擇和使用合適的天平

聽了這么多關(guān)于最小稱量值的科普介紹，想必大家心中都已經(jīng)有了概念了，那么在此基礎(chǔ)之上，我們該如何正確地選擇和使用天平呢？其實(shí)，針對(duì)電子天平最廣泛運(yùn)用的制藥行業(yè)，《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》（GMP）規(guī)定，藥品生產(chǎn)驗(yàn)證應(yīng)包括廠房、設(shè)施及設(shè)備設(shè)計(jì)確認(rèn)、安裝確認(rèn)、運(yùn)行確認(rèn)、性能確認(rèn)，即4Q認(rèn)證，其中設(shè)備驗(yàn)證的主要程序?yàn)椋?

你真的了解電子天平嗎？

之二：不容忽視的“水平調(diào)節(jié)”

在上面關(guān)于電子天平知識(shí)中，針對(duì)不太好懂的“最小稱量值”的問題做了通俗易懂而又細(xì)致的說明。為了保證電子天平的準(zhǔn)確稱量，如何對(duì)其進(jìn)行正確調(diào)節(jié)、校準(zhǔn)和使用都是關(guān)鍵性問題，而“水平調(diào)節(jié)”則是稱量前準(zhǔn)備工作中極其重要的一步，也是保證準(zhǔn)確稱量的初始前提。

為什么要進(jìn)行“水平調(diào)節(jié)”？

作為一種精度高、響應(yīng)快、讀數(shù)方便的精密稱重儀器，電子天平對(duì)使用環(huán)境的要求極為苛刻。為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確稱量，在理想情況下，所測物體的重力要完全垂直于天平傳感器杠桿，而在實(shí)際稱量過程中會(huì)由于擺放位置不平而產(chǎn)生稱量誤差，稱量精度越高誤差就越大。這是因?yàn)樵诓凰降臓顟B(tài)下，重力和傳感器產(chǎn)生了夾角，從而產(chǎn)生分力，帶來稱量誤差。電子天平有個(gè)傾斜狀態(tài)下的誤差標(biāo)準(zhǔn)，而超過一定的斜度就會(huì)影響到稱量結(jié)果的準(zhǔn)確性了。為了減少稱量誤差，使用天平前做好水平調(diào)節(jié)則成為了稱量準(zhǔn)備工作中不可或缺的一環(huán)。

“水平調(diào)節(jié)”兩步走

電子天平一般有兩個(gè)或四個(gè)水平調(diào)腳。只需旋轉(zhuǎn)這些水平調(diào)腳，就可以調(diào)整水平。電子天平前部或后部有一個(gè)水平泡，其必須位于黑線圈的中央，否則稱量會(huì)不準(zhǔn)確。調(diào)好之后，應(yīng)盡量不要搬動(dòng)，否則水平泡可能會(huì)發(fā)生偏移，則需要重新調(diào)整。
第一步：先把水泡調(diào)到水平泡黑圈的中央線：獨(dú)旋轉(zhuǎn)一個(gè)左邊或右邊的調(diào)平水平調(diào)腳，即調(diào)整天平的傾斜度，可以將水平泡調(diào)至中央線。對(duì)于初次使用天平的用戶而言，判斷調(diào)整哪一個(gè)調(diào)平水平調(diào)腳是問題的關(guān)鍵。有一種簡單的判斷方法，先手動(dòng)略微傾斜天平，使水平泡達(dá)到中央線，然后看左右兩側(cè)調(diào)平水平調(diào)腳的高低，調(diào)整其中一個(gè)的高矮，就可以使水平泡保持在中央線。小編在這里建議，水平泡達(dá)到中央線之后，才能進(jìn)行下一個(gè)步驟。

水平泡示意圖（上面的 | 為中央線）

第二步：保持水泡在中央線移動(dòng)，最終到達(dá)黑圈中央：同時(shí)旋轉(zhuǎn)前部或后部的兩個(gè)調(diào)平水平調(diào)腳，切記兩手幅度必須一致，且都須同時(shí)順時(shí)針或逆時(shí)針，則天平傾斜度保持不變，讓水平泡沿著中央線移動(dòng)，最終到達(dá)黑圈的中央。如果兩手幅度不一致，水平泡就會(huì)偏移中央線。一旦偏移，則需從第一步重新開始。熟練的操作人員一般1~2分鐘就可以調(diào)平一個(gè)電子天平的水平泡。

注意：以上水平調(diào)節(jié)的方法對(duì)具有兩個(gè)或四個(gè)水平調(diào)腳的天平均適用，而主要的區(qū)別是四個(gè)水平調(diào)腳的天平由于參與調(diào)節(jié)的旋鈕多，因此相比前者調(diào)節(jié)起來更加靈活和快速。

小貼士

A. 水平泡與水平調(diào)腳的關(guān)系

水平泡偏向哪一側(cè)，說明那一側(cè)偏高，應(yīng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)水平調(diào)腳使其降低。水平調(diào)腳旋轉(zhuǎn)規(guī)則為：順時(shí)針——升高；逆時(shí)針——降低

B. 雙手調(diào)節(jié)手法

雙手同時(shí)旋轉(zhuǎn)調(diào)平水平調(diào)腳，一只手向胸前，一只手向胸外，方向相反。

C. 準(zhǔn)備工作的順序

在電子天平通電之前，我們必須要將其調(diào)至水平。當(dāng)水平泡被調(diào)節(jié)到圓心中間位置時(shí)，就可以通電預(yù)熱了。不要忘了新天平要預(yù)熱至少1小時(shí)以上哦！

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之三：大有講究的“校準(zhǔn)”術(shù)

在上面電子天平水平調(diào)節(jié)中，主要針對(duì)水平調(diào)節(jié)的必要性、原理、以及調(diào)節(jié)方法等方面進(jìn)行了詳細(xì)的梳理和通俗易懂的闡述，下面將搬上天平的前期準(zhǔn)備工作中最重要也是最有講究的一環(huán)——校準(zhǔn)，那么在天平的校準(zhǔn)中，又有哪些值得關(guān)注的點(diǎn)呢？

老司機(jī)也難免會(huì)混淆的微妙概念

早在中學(xué)物理課本里，我們就學(xué)過物體的重量G=mg（m為物體的質(zhì)量，g為重力加速度），對(duì)于同一個(gè)物體，無論把它放置在地球上的任一位置，它的質(zhì)量都是不會(huì)發(fā)生變化的。然而，重力加速度g的值在地球上的不同地方是會(huì)有微小差異的，因此同一物體在不同地方的重量是不相同的。而電子天平則是采用電磁力與被測物體的重力相平衡的原理來測量物體的重量，并經(jīng)過內(nèi)部程序計(jì)算和顯示出物體的質(zhì)量，這與托盤天平的稱量原理是不同的，所以就會(huì)出現(xiàn)同一臺(tái)電子天平在不同地方稱量同一個(gè)物體會(huì)顯示不同的質(zhì)量結(jié)果。此外，諸如溫度、濕度等環(huán)境因素也會(huì)影響電子天平的傳感器，導(dǎo)致稱量結(jié)果的誤差。

為了避免不確定因素帶來的不良影響，就需要在使用電子天平之前進(jìn)行校準(zhǔn)，并在使用周期中進(jìn)行定期的校準(zhǔn)，特別是在對(duì)稱量結(jié)果準(zhǔn)確度和精確度敏感的應(yīng)用中。校準(zhǔn)（Calibration），是通過一組稱量活動(dòng)，來檢測天平的各項(xiàng)計(jì)量性能，包括誤差和不確定度的分析等。作為一種良好的稱量習(xí)慣，校準(zhǔn)能夠有效地保證稱量的可靠性。通過校準(zhǔn)，能夠檢測出天平的工作性能，避免物料浪費(fèi)、返工、過渡使用后的產(chǎn)品召回，定期校準(zhǔn)并執(zhí)行日常測試是降低相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的最佳方法。

然而，對(duì)于一字之差的“校正”，含義卻有微妙的差別。校正（Adjustment），又稱標(biāo)定，是在測量系統(tǒng)中進(jìn)行的一組操作，提供與將要測量的數(shù)量的給定值一致的規(guī)定指示。天平在投入使用前、工作一段時(shí)間以后、或者變更位置后，都需要進(jìn)行校正，以消除重力加速度、環(huán)境干擾因素等導(dǎo)致的稱量誤差。通常，需要使用高精度的標(biāo)準(zhǔn)砝碼來對(duì)天平進(jìn)行量程校正。綜上所述，通過定期的校準(zhǔn)和校正，可以減少天平的稱量誤差，并且對(duì)天平的計(jì)量性能有一個(gè)全面的把握，確保稱量結(jié)果滿足實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)的要求。

在日常工作中，大家往往比較容易混淆“校準(zhǔn)”和“校正”的概念，對(duì)于這種嚴(yán)格意義上微妙差別，習(xí)慣上大家會(huì)有一定程度的通用性，校正也可以被認(rèn)為是狹義上的校準(zhǔn)，本文接下來的內(nèi)容主要是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行討論。

走近極致考究的校準(zhǔn)術(shù)

A. 關(guān)于砝碼的學(xué)問

談到校準(zhǔn)，起到至關(guān)重要作用的就是砝碼。砝碼是具有一定物理特性和計(jì)量特性且能夠復(fù)現(xiàn)質(zhì)量值的一種實(shí)物量具，關(guān)于其形狀、尺寸、材料、表面狀況、密度、磁性、質(zhì)量標(biāo)稱值、最大允許誤差等指標(biāo)都有非常嚴(yán)格的規(guī)定。作為標(biāo)定、校驗(yàn)衡器的最普遍也是最重要的工具，國際法制計(jì)量組織（OIML）對(duì)砝碼進(jìn)行了明確的等級(jí)劃分，共分為9個(gè)等級(jí)：E1、E2、F1、F2、M1、M1–2、M2、M2–3、M3，等是按照不確定度來分，等砝碼有修正值；級(jí)是按照示值誤差來分，級(jí)砝碼沒有修正值，只要其示值誤差在此范圍內(nèi)都是認(rèn)為合格的。在砝碼的眾多指標(biāo)當(dāng)中，和校準(zhǔn)關(guān)聯(lián)度最高的就是最大允許誤差（MPE）了，國際相關(guān)法規(guī)條款對(duì)各個(gè)等級(jí)的砝碼的MPE有明確的規(guī)定，以下表格是對(duì)電子天平所常用質(zhì)量標(biāo)稱值砝碼MPE的說明（誤差值以毫克為單位）：

從上圖可看出，在相同質(zhì)量標(biāo)稱值的情況下，MPE的大小跟砝碼等級(jí)的高低成反比；在相同砝碼等級(jí)的情況下，MPE的大小跟質(zhì)量標(biāo)稱值的大小成正比。

同時(shí)，在國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定里，根據(jù)檢定分度值e和檢定分度數(shù)n將電子天平分為四個(gè)準(zhǔn)確度級(jí)別，由高到低依次為特種Ⅰ、高Ⅱ、中Ⅲ、普通Ⅳ準(zhǔn)確度級(jí)。結(jié)合砝碼MPE的變化趨勢可得出，準(zhǔn)確度越高的天平需要用越高等級(jí)的砝碼進(jìn)行校準(zhǔn)，這樣校準(zhǔn)天平的數(shù)據(jù)就越精準(zhǔn)。比如十萬分之一和萬分之一天平應(yīng)選用E級(jí)系列砝碼校準(zhǔn)，千分之一天平應(yīng)選用E2或F1級(jí)砝碼進(jìn)行校準(zhǔn)，以此類推。

B. 校準(zhǔn)的分類

從校準(zhǔn)的用途上來講分為“量程校準(zhǔn)”和“線性校準(zhǔn)”，在制造和維修過程中需要結(jié)合兩種校準(zhǔn)方式共同實(shí)施，而日常使用過程一般只需做量程校準(zhǔn)。

量程校準(zhǔn)主要是在當(dāng)前稱量環(huán)境下對(duì)天平進(jìn)行賦值，通過稱量一個(gè)已知質(zhì)量的砝碼，來獲得實(shí)際值和顯示值之間的比例關(guān)系，作為以后稱量顯示值計(jì)算的系數(shù)，目的是消除不同緯度及海拔高度對(duì)稱量結(jié)果的影響、環(huán)境溫度變化對(duì)稱量結(jié)果的影響，以及天平使用一段時(shí)間后積累的誤差。通常，量程校準(zhǔn)采用比較簡單的兩點(diǎn)校準(zhǔn)法，第一個(gè)點(diǎn)為零點(diǎn)，第二個(gè)點(diǎn)為天平的最大量程，日常操作起來比較容易，能夠使天平快速適應(yīng)當(dāng)前的稱量環(huán)境，保證整個(gè)量程范圍內(nèi)的稱量準(zhǔn)確，是實(shí)驗(yàn)室工作人員一種普遍的校準(zhǔn)方法。

線性校準(zhǔn)主要是通過對(duì)全量程范圍內(nèi)的多個(gè)點(diǎn)的稱量結(jié)果的線性化來消除誤差，使得顯示稱量結(jié)果與參考質(zhì)量的比例接近相同。一般來說是在3個(gè)點(diǎn)設(shè)置電子天平，即零點(diǎn)、半量程和最大量程。天平經(jīng)過線性校準(zhǔn)后，其全量程線性誤差通常表現(xiàn)為S型，即在零點(diǎn)、半量程、滿量程3個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)誤差很小，在1/4，3/4滿量程點(diǎn)誤差相對(duì)較大。為獲得更好的線性，可以采取多點(diǎn)修正的方式，比如制造過程中往往采用更科學(xué)的5點(diǎn)線性法。當(dāng)然數(shù)學(xué)修正只是輔助的，天平的示值誤差還是取決于其本身的真實(shí)性能。

以上兩圖描述了電子天平在實(shí)際載荷m和稱量示值W之間的線性關(guān)系，左圖的直線為理想線性特征曲線，右圖為實(shí)測曲線（非線性曲線）與理想直線的對(duì)比，其中非線性就是指不按比例、不成直線的關(guān)系，且函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)不為常數(shù)。m0處的NL為稱量示值與實(shí)際負(fù)載間的非線性誤差。在天平的稱量規(guī)格說明書中，線性通常表述為在不斷增加負(fù)載的測試中得到的最大誤差值（以克為質(zhì)量單位），誤差值越小，說明線性度越高，稱量越準(zhǔn)確。

由于線性校準(zhǔn)采用的是分段誤差比較，節(jié)點(diǎn)越多，非線性誤差就越小，實(shí)測曲線就越接近于理想的擬合直線，因此線性校準(zhǔn)是保證每一個(gè)稱量范圍都做到最大程度的準(zhǔn)確，從而對(duì)校準(zhǔn)的條件會(huì)有更加嚴(yán)格的要求。通常，線性校準(zhǔn)過程在恒溫恒濕的環(huán)境下，由機(jī)械手自動(dòng)完成。校準(zhǔn)時(shí)需準(zhǔn)備相應(yīng)的多個(gè)砝碼，非專業(yè)人員嚴(yán)禁私自進(jìn)行操作，否則不能恢復(fù)原有程序，影響天平的正常使用。

綜上所述，量程校準(zhǔn)和線性校準(zhǔn)各有各自的特點(diǎn)和用途，將二者結(jié)合能夠有效提升校準(zhǔn)的質(zhì)量。

從校準(zhǔn)的方法上來講分為內(nèi)校和外校。內(nèi)校是指利用電子天平內(nèi)部安裝的校準(zhǔn)砝碼并遵循內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時(shí)只需按一下校準(zhǔn)鍵，電機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)帶內(nèi)置砝碼的升降裝置，對(duì)天平進(jìn)行加載，從而實(shí)施并完成校準(zhǔn)。

外校是指利用外部砝碼對(duì)天平本身誤差進(jìn)行修正的方式進(jìn)行校準(zhǔn)。事先需檢查外部砝碼是否通過檢定，并在檢定有效期內(nèi)，主要是為了確保砝碼滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)物量具的控制要求。開始校準(zhǔn)時(shí)先按下校準(zhǔn)鍵，再通過手動(dòng)把指定量程的砝碼放到電子天平秤盤上，來完成校準(zhǔn)過程。

通常，外部砝碼可能會(huì)受到灰塵沾染、日常磨損和酸堿腐蝕等自然因素的不良影響，所以為了保證計(jì)量工作的準(zhǔn)確性，外部砝碼也需要定期進(jìn)行校準(zhǔn)，常常需付費(fèi)請(qǐng)?。ㄊ校┘?jí)計(jì)量院做測試；再加上人為拿錯(cuò)砝碼的可能性，因此外校型天平對(duì)人為操作的要求會(huì)更加苛刻。而內(nèi)置砝碼的天平一般不會(huì)出現(xiàn)這些情況，并可以通過修改天平的校正程序參數(shù)來修正偏差。綜上所述，內(nèi)?？梢杂行П苊獠淮_定因素所造成的誤差，相比外校是一種更加節(jié)約成本的方法。

無論是內(nèi)校還是外校，電子天平在使用之前都必須進(jìn)行預(yù)熱（萬分之一位天平需要至少1個(gè)小時(shí)的預(yù)熱），其次進(jìn)行水平調(diào)節(jié)，之后就可以開始進(jìn)行校準(zhǔn)了（以下步驟為傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法，具體不同品牌和型號(hào)的天平會(huì)有一定的差異）：

第一，確保秤盤上沒有稱量物品時(shí)應(yīng)穩(wěn)定地顯示為零位。

第二，按“CAL”鍵，啟動(dòng)電子天平的校準(zhǔn)功能。

第三，內(nèi)校型天平的顯示器由“C”變成零位時(shí)，表示校準(zhǔn)結(jié)束；外校型天平的顯示器上首先顯示需要準(zhǔn)備的砝碼的質(zhì)量值，其次將與天平準(zhǔn)確度級(jí)別相對(duì)應(yīng)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)砝碼放在天平的秤盤上。當(dāng)屏幕顯示值不變時(shí)，取出砝碼，屏幕顯示“Done”之后說明已經(jīng)完成校準(zhǔn)。

第四，如果在校準(zhǔn)中出現(xiàn)錯(cuò)誤，電子天平顯示器將顯示“Err”，或“Time out”，應(yīng)重新進(jìn)行校準(zhǔn)。

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之四：掌控稱量的溫度“魔力

上面我們主要針對(duì)電子天平的稱量原理，校準(zhǔn)的定義及分類，砝碼的基礎(chǔ)知識(shí)以及與天平度之間的關(guān)系等方面為大家做了科普式的講解，特別是在校準(zhǔn)的分類方面進(jìn)行了詳細(xì)的梳理，想必大家一定對(duì)嚴(yán)謹(jǐn)而又考究的天平校準(zhǔn)技術(shù)留下了深刻的印象吧！其實(shí)在天平的稱量中，還有一只無形的大手牢牢地掌控著稱量的結(jié)果，這就是溫度。下面將為你展現(xiàn)這只大手到底有哪些奇妙的魔力！

稱量原理的問題

在上面關(guān)于校準(zhǔn)的分享中，我們對(duì)電子天平的稱量原理做了簡要的介紹，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)被測物置于稱量盤后，立柱和遮光板在被測物重力的作用下向下移動(dòng)，光敏二級(jí)管D2檢測到發(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與被測物重力相當(dāng)，即F=G=mg，其中m為被測物體的質(zhì)量，g為重力加速度。

同時(shí)，根據(jù)電磁力公式F=BLI sinθ，其中B為氣隙磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為動(dòng)圈（受力導(dǎo)線）的有效長度，I為動(dòng)圈電流，θ為通電導(dǎo)體與磁場的夾角。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。

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，通過檢測動(dòng)圈電流，就可以間接得到被測物體的質(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)。

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，度級(jí)別越高，對(duì)環(huán)境溫度的要求就越苛刻。根據(jù)國家標(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：

溫度最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，一天中最高溫度與最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。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。

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