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高精度電子天平的工作原理
高精度電子天平的工作原理
電子天平采用了現(xiàn)代電子控制技術(shù)，利用電磁力平衡原理實現(xiàn)稱重。即測量物體時采用電磁力與被測物體重力相平衡的原理實現(xiàn)測量，當(dāng)稱盤上的加上或除去被稱物時，天平則產(chǎn)生不平衡狀態(tài)，此時可以通過位置檢測器檢測到線圈在磁鋼中的瞬間位移，經(jīng)過電磁力自動補償電路使其電流變化以數(shù)字方式顯示出被測物體重量。天平的在使用的過程中會受到所處環(huán)境溫度、氣流、震動、電磁干擾等因素影響，因此我們要盡量避免或減少在這些環(huán)境下使用。
與其他種類的天平不同，電子天平應(yīng)用了現(xiàn)代電子控制技術(shù)進(jìn)行稱量，無論采用何種控制方式和電路結(jié)構(gòu)，其稱量依據(jù)都是電磁力平衡原理。其特點是稱量準(zhǔn)確可靠，顯示快速清晰并且具有自動檢測系統(tǒng)、簡便的自動校準(zhǔn)裝置和超載保護(hù)等裝置。
電子天平的重要特點是在測量被測物體的質(zhì)量時不用測量砝碼的重力，而是采用電磁力與被測物體的重力相平衡的原理來測量的。秤盤通過支架連桿與線圈連接，線圈置于磁場內(nèi)。在稱量范圍內(nèi)時，被測重物的重力mg通過連桿支架作用于線圈上，這時在磁場中若有電流通過，線圈將產(chǎn)生一個電磁力F，方向向上，可用下式表示：F=KBLI
其中K為常數(shù)（與使用單位有關(guān)），B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為線圈導(dǎo)線的長度，I為通過線圈導(dǎo)線的電流強(qiáng)度。電磁力F和秤盤上被測物體重力mg大小相等、方向相反而達(dá)到平衡，同時在彈性簧片的作用下使秤盤支架回復(fù)到原來的位置。即處在磁場中的通電線圈，流經(jīng)其內(nèi)部的電流I與被測物體的質(zhì)量成正比，只要測出電流I即可知道物體的質(zhì)量m。
若稱盤上的加上或除去被稱物時，電子天平則產(chǎn)生不平衡狀態(tài)，通過位置檢測器檢測到線圈在磁鋼中的瞬態(tài)位移，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器和前置放大器產(chǎn)生一個變化量輸出，經(jīng)過一系列處理使流經(jīng)線圈的電流發(fā)生變化，這樣使電磁力也隨之變化并與被測物相抵消從而使線圈回到原來的位置，達(dá)到新的平衡狀態(tài)。這就是電子天平的電磁力自動補償電路原理。電流的變化則通過數(shù)字顯示出被稱物體的質(zhì)量。
天平在使用過程中，其傳感器和電路在工作過程中受溫度影響，或傳感器隨工作時間變化而產(chǎn)生的某些參數(shù)的變化，以及氣流、振動、電磁干擾等環(huán)境因素的影響，都會使電子天平產(chǎn)生漂移，造成測量誤差。其中，氣流、振動、電磁干擾等環(huán)境溫度的影響可以通過對電子天平的使用條件加以約束，將其影響程度減小到zui低限度。而溫漂主要是來自環(huán)境溫度的影響和天平內(nèi)部的自身影響，其形成的原因復(fù)雜，產(chǎn)生的漂移大，必須加以抑制。