美国奥豪斯-掌控称量的温度“魔力”

 

掌控称量的温度“魔力”

今天我们走进电子天平的传感器内部，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。