前情回顧

在本系列上一期中，小編主要針對電子天平的稱量原理，校準的定義及分類，砝碼的基礎知識以及與天平準確度之間的關系等方面為大家做了科普式的講解，特別是在校準的分類方面著重花了筆墨進行了詳細的梳理，想必大家一定對嚴謹而又考究的天平校準技術留下了深刻的印象吧，不知道小編盡量將復雜的數學原理講得通俗透徹的方法有沒有讓大家解開了心中的疑慮呢？其實在天平的稱量中，還有一只無形的大手牢牢地掌控著稱量的結果，這就是溫度。本期小編將為你展現這只大手到底有哪些奇妙的魔力！

稱量原理的遺留問題

在上次關于校準的分享中，小編對電子天平的稱量原理做了簡要的介紹，同時也提到溫度、濕度等環境因素也會影響電子天平的傳感器，但至于是怎么影響的只是賣了個關子。那么今天我們就來走進電子天平的傳感器內部，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。當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，光敏二級管D2檢測到發光二極管D1發出的光，并產生電流信號，經過I/V變換電路、PID調節器，轉變成與被測物重量相對應的電流并驅動動圈，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的輸出電流降為0。此時，動圈產生的電磁力F與被測物重力相當，即F=G=mg，其中m為被測物體的質量，g為重力加速度。^【1】

同時，根據電磁力公式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）的有效長度，I為動圈電流，θ為通電導體與磁場的夾角。由于傳感器中動圈的規格尺寸已固定，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成對應關系。綜合之前的描述，即得出m=BLI / g。^【2】

當溫度恒定時，B和L是定值，g也是恒定值，則m與I成正比，通過檢測動圈電流，就可以間接得到被測物體的質量。當環境溫度變化或過流元件發熱時，B和L均會發生改變，造成m與I不再成比例關系，使電子天平產生較大的非線性測量誤差。

值得一提的是，當電子天平處于預熱階段時，隨著內部溫度升高，磁感應強度B會逐漸下降, 同時I也會減小，這樣就導致電磁力F變小，天平失去平衡，因此示值會呈現正的單方向漂移。而天平只有經過充分預熱，使磁鋼達到熱平衡，這一變化過程結束，天平才達到平衡，再利用去皮功能，使顯示置零，此時天平才處于真正的可使用狀態。^【2】

操縱天平的無形之手

電子天平會根據所在的環境而發生變化的，正常情況下，不同準確度級別的天平對溫度范圍和溫度波動度的要求各不相同，準確度級別越高，對環境溫度的要求就越苛刻。根據國家標準的相關規定，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帶來熱脹冷縮，對電子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，這些變化會被靈敏的天平記錄下來，從而影響讀數的準確性。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℃，計量性能應符合國家標準對單次稱量結果的示值誤差，以及多次稱量或在不同位置稱量的示值誤差（重復性和偏載）的相關規定。

溫度變化是影響電子天平稱量結果準確性的重要因素之一，而實驗室由于早晨和中午會有一定的溫差、以及電子天平設備發熱、人員流動等原因，一天中最高溫度與最低溫度之間往往能夠達到10℃。這對天平的影響是顯而易見的，那么我們如何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，要盡可能地處于一個溫度相對穩定的環境，當天平所處的環境溫度有較大的變化時，天平的稱量結果會發生漂移，比如從低溫的倉庫移到溫暖的實驗室，需要讓天平在使用環境中通電預熱一定的時間；其次，當溫度變化超過一定范圍時，我們可以通過校準將這種漂移消除。

通電時間的長短能夠有效地避免溫度變化對天平的影響。一般來說，天平的精度越高，需要預熱的時間越長。小編在這里建議，十萬分之一天平預熱時間在4小時以上，萬分之一天平預熱時間在1小時以上。

玩轉溫度補償，盡在奧豪斯電子天平

對于電子天平來說，一個良好的結構設計應該充分考慮到溫度對稱量系統的影響，并采取相關措施減少或消除溫度變化所帶來的影響。奧豪斯電子天平在設計中認真評估了溫度對稱重系統的影響，通過優化機械設計、零部件選型、以及智能算法，來消除溫度帶來的影響，保證天平在額定溫度的變化范圍內，計量性能符合如OIML等國際法規的要求。

從入門級的先行者CP系列及Adventurer AR系列，到進階級的Adventurer AX系列，再到最高級的Explorer EX系列，最后到Explorer準微量天平（EX5）系列，均具有動態溫度補償功能，實時修正環境溫度對稱量結果的影響。特別是Explorer全系列和部分AX系列天平所擁有的AutoCal™全自動校準系統能夠自動對溫漂和時漂做出最實時的反應，當溫漂值超過±1.5℃或間隔3~11小時之間（用戶可自定義內部校準時間）時，天平校準自動觸發，全面消除外界環境對天平所造成的不良因素。

怎么樣，小編專業而又全面的講解有沒有讓你對復雜而又深奧的溫度“魔力”的理解變得清晰透徹了呢？如果你有更多關于溫度對天平影響的疑難咨詢，或正在尋求更專業細致的選型指導，請撥打4008-217-188，或點擊進入“索取資料”并留下相關信息，我們專業的工程師們屆時將會在第一時間聯系您！

參考文獻：

【1】孫鵬龍，何開宇，卜曉雪，李鵬飛，石磊. 環境溫度對高精度電子天平稱量準確度的影響[J]. 計量與測試技術，2016，43(10)：34-35.

【2】唐輝，商洪濤，劉向兵. 如何提高電子天平稱量的準確性[J]. 醫療裝備