略谈电子天平的校验与质量控制

　电子天平虽然具有机械天平无法比拟的优点，但经过运输及使用中各种因素的影响，量值和秤量准确度会发生变化，所以必须要进行校验和质量控制。本文以JJG 1036-2008《电子天平》为依据探讨了电子天平的校验方法和质量控制原则，并简要介绍了电子天平的工作原理。

　　电子天平主要是依靠传感器来秤量物体质量(重力)的天平。电子天平因其秤量迅速、准确、读数直观而广到欢迎，应用场合也越来越普遍，很多企业和科研单位已用电子天平代替机械天平进行秤量操作。但电子天平同其他天平一样，在使用过程中受到各种因素的影响，量值和秤量准确度会发生变化，因此必须定期进行校验和调整，以保证质量量值传递的准确和可靠。本文分析和阐述了电子天平的工作原理、校验方法，并对影响电子天平质量控制的因素进行了探讨。

　　1工作原理

　　电子天平的核心部件是电子传感器，传感器的类型主要有应变式、电容式和电磁平衡式三种，本文简要介绍应变式和电磁平衡式电子天平的工作原理。

　　1.1 电磁平衡式传感器电子天平原理

　　通电后导体在磁场中切割磁力线产生的电磁力(即洛伦磁力)可用下式[1]表示：

　　式中：——电磁力;

　　——电流强度;

　　——电磁感应强度;

　　——与之间的夹角。

　　天平空载时，电磁平衡式传感器处于平衡状态;加载后，感应线圈的位置发生变化，光电传感器采集到位置变化信号，通过控制电磁线圈中电流变化，使电磁平衡式传感器重新处于平衡状态。微处理器将电磁线圈中的电流变化量，转化为数字显示在显示屏上，就是看到的秤量数据[2]。

　　1.2应变式传感器电子天平原理

　　空载时应变式传感器的阻值不变，通过桥式电路输入到放大器的电压为零;加载后应变式传感器受到应变，其阻值发生变化，其变化量通过桥式电路输入到放大器反映出来，经微处理器处理显示在显示屏上，就是秤量的质量。

　　2 电子天平的校验方法

　　2.1 检定方法

　　2.1.1 检定标准和项目

　　电子天平检定和检验的标准是JJG 1036-2008《电子天平》。检定和检验项目主要是外观检查、偏载误差、重复性和示值误差四个大项，使用中的检验除外观检查外，其余三项都要检验。

　　2.1.2 外观检查

　　外观检查项目包括：⑴检查天平的标记是否完备、清晰。标记中必备的标记有12项，其他必要的标记有4项，其中需要关注的是准确度级别、zui大秤量()、zui小秤量()、实际分度值()、检定分度值()这几项。⑵结构性要求，如适用性、可靠性、功能性要求等。在客户现场检验时还要检查工作台的稳固性和防震性;送检的天平要在检验室存放24h以上，以使天平与室内环境温湿度平衡[3]。

　　2.1.3偏载误差

　　偏载误差是同一载荷在天平秤盘不同位置的示值误差。试验时的载荷选择zui大秤量(包括zui大加法去皮效果)的标准砝码。砝码放置的位置如图1所示。

　　图1 偏载误差检定称重砝码放置位置图

　　试验时应对砝码放置的位置进行计数和记录，每放置一次应该置零一次;检定图1中5个位置的示值，zui大误差的值减去zui小误差的值(加载或卸载时)所得结果小于zui大允许误差()时该项合格。

　　2.1.4重复性

　　重复性是检验同一载荷多次秤量结果之间的差值。天平重复性检验应在空载和加载条件下进行，天平具有自动置零或零点跟踪功能时应当选择该功能。试验载荷选择zui大秤量的单个砝码，测试次数至少6次。由于该项试验对环境比较敏感，所以要求测试环境相对稳定，尽量屏蔽外界干扰。重复性结果用计算，其中是加载时天平示值误差的zui大值，是加载时天平示值误差的zui小值。当时该项合格。

　　2.1.5示值误差

　　示值误差是采用高等级的标准砝码对电子天平进行检定或校准，标准砝码的量值是约定真值，或实际值、校准值、标准值。检定时采用直接测量法，得到天平示值与标准砝码值之差就是示值误差。

　　试验示值误差是从零载荷逐渐加至zui大秤量后，再逐渐卸载到零载荷时为止。试验载荷必须包含4个载荷点：空载、zui小秤量、zui大允许误差转折点的载荷和zui大秤量。加载或卸载的次数，检定至少10个点;后续检定或使用中检验，至少6个点。所测所有的示值误差(零点修正后)时，该项合格。

　　2.1.6检定周期

　　电子天平的检定或校准周期一般不得超过1年。

　　2.2 校准方法

　　在判定一台电子天平合格与否时不能忽略校准操作。因为一部分天平使用较长时间未进行校准，因而在对其进行测试时误差较大;同时有些天平存放时间较长，位置变动，或环境变化等影响，这些因素决定天平在使用前需要进行校准操作。电子天平的校准，应参考的检定规程，并根据生产厂家说明书进行操作。

　　电子天平的校准分内校和外校两种方式。无论采取哪种方法，在校准前必须完成以下准备工作：⑴天平已调水平或已处于水平状态;⑵预热;⑶秤盘空载;⑷挡风窗已关闭。

　　内校方法：具有自动内校功能的电子天平，按住CAL键，天平自动校准，不用砝码。如果校准时显示“Err”，重新清零后再进行校准。

　　外校方法：以JA1203型电子天平为例说明。天平开机自检时，轻按CAL键至显示屏出现“CAL-”时松手，这时出现“CAL-100”的字样，其中“100”不停闪烁;将准备好的100g标准砝码放在秤盘上，显示屏上出现“----”等待符号;经过较长一段时间后，显示屏上出现“1000.000g”;取出标准砝码，显示屏上应当出现“0.000g”字样，如果不出现这个字样，应当清零后重复以上操作直至出现该字样时为止。为了得到更准确的校正结果，应当重复以上校准步骤两次。

　　日常工作中，天平移动位置或天气温度明显变化，均应进行内校或定期外校。

　　3 电子天平的质量控制

　　3.1 预热

　　电子天平必须经过充分的预热才能保证示值的稳定。预热时间长短与天平的传感器类型、结构等有关，还与检定分度值和检定分度数相关，具体预热时间应当依照电子天平生产厂家说明书要求执行。

　　3.2 预压

　　电子天平停止工作一段时间后会进入休眠状态，为了让天平尽快进入工作状态，检定前应当使用砝码多次加载。如果休眠后立即开始检定工作，天平进程示值与回程示值的差值会明显增大。预压时不用关注秤量结果和回零情况。

　　3.3 重力加速度的影响

　　采用电磁平衡式传感器的电子天平，在秤量时被测质量转换为重力，再转为电流信号的过程中，测量结果与重力加速度关系密切。重力加速度与纬度、海拔高度、地壳密度等各种因素有关，因此电子天平需要对重力加速度进行修正补偿。

　　内置校准砝码的补偿。一般通过对内置砝码进行秤量后计算得出当地的值。

　　外附校准砝码的补偿。一般用标准砝码代替外附校准砝码进行秤量，可进行重力加速度的自动校准，从而实现重力加速度的自动补偿。

　　3.4 环境温度变化的影响

　　温度变化会造成电子天平灵敏度漂移而产生测量偏差，故此需要对温度变化进行校正，以保证测量结果的准确。