天平是測(cè)定物體質(zhì)量的計(jì)量?jī)x器的總稱,是實(shí)驗(yàn)常用儀器之一。充分了解儀器性能及熟悉掌握其使用方法,是獲得可靠分析結(jié)果的關(guān)鍵。
天平的分類
1. 按天平稱量原理分類
(1)杠桿式天平:利用杠桿平衡原理(如雙盤(pán)等臂機(jī)械天平)
(2)扭力天平:通過(guò)彈性元件變形稱量(如扭力分析天平)
(3)電子天平:采用電磁力補(bǔ)償原理或應(yīng)變片技術(shù)(如分析電子天平)
(4)特種天平:基于液壓、電磁、壓電效應(yīng)等原理(如石英晶體微天平)
2. 按用途與精度分類
此分類法(見(jiàn)圖1)是對(duì)杠桿式天平而言。杠桿式天平可以分為等臂天平和不等臂天平,在這兩類天平中又可分為等臂雙盤(pán)天平、等臂單盤(pán)天平、不等臂單盤(pán)天平。雙盤(pán)天平又可以分為擺動(dòng)天平和阻尼天平,普通標(biāo)牌和電光天平。

圖1 按天平結(jié)構(gòu)分類
4. 特殊類型
電子天平構(gòu)成
電子天平的基本結(jié)構(gòu)電子天平的基本結(jié)構(gòu)是由秤盤(pán)、傳感器、位置檢測(cè)器、PID調(diào)節(jié)器、功率放大器、低通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微計(jì)算機(jī)、顯示器、機(jī)殼、底腳等部分組成的:
1. 秤盤(pán)
秤盤(pán)多為金屬材料制成,安裝在天平的傳感器上,是天平進(jìn)行稱量的承受裝置。它具有一定的幾何形狀和厚度,以圓形和方形居多。使用時(shí)應(yīng)注意衛(wèi)生清潔,不要隨意更換秤盤(pán)。
2. 傳感器
傳感器是電子天平的關(guān)鍵部件之一,由外殼、磁鋼、極靴和線圈等組成,裝在秤盤(pán)的下方。它的精度很高也很靈敏。應(yīng)保持天平稱量室的清潔,切忌稱樣時(shí)撒落物品而影響傳感器的正常工作。
3. 位置檢測(cè)器
位置檢測(cè)器是由高靈敏度的遠(yuǎn)紅外發(fā)光管和對(duì)稱式光敏電池組成。它的作用是將秤盤(pán)上的載荷轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出。
4. PID調(diào)節(jié)器
PID(比例、積分、微分)調(diào)節(jié)器的作用,就是保證傳感器快速而穩(wěn)定地工作。
5. 功率放大器
其作用是將微弱的信號(hào)進(jìn)行放大,以保證天平的精度和工作要求。
6. 低通濾波器
其作用是排除外界和某些電器元件產(chǎn)生的高頻信號(hào)的干擾,以保證傳感器的輸出為一恒定的直流電壓。
7. 模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器
它的優(yōu)點(diǎn)在于轉(zhuǎn)換精度高,易于自動(dòng)調(diào)零,能有效地排除干擾,將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
8. 微計(jì)算機(jī)
此部件是電子天平的關(guān)鍵部件之一,它是電子天平的數(shù)據(jù)處理部件,具有記憶、計(jì)算和查表等功能。
9. 顯示器
現(xiàn)在的顯示器基本上有兩種:一種是數(shù)碼管顯示器;另一種是液晶顯示器。它們的作用是將輸出的數(shù)字信號(hào)顯示在顯示屏上。
10. 機(jī)殼
其作用是保護(hù)電子天平免受到灰塵等物質(zhì)的侵害,同時(shí)也是電子元件的基座等。
11. 底腳
電子天平的支撐部件,同時(shí)也是電子天平水平的調(diào)節(jié)部件,一般均靠后面兩個(gè)調(diào)整腳來(lái)調(diào)節(jié)天平的水平。

各功能鍵的作用如下:
(1)ON開(kāi)啟顯示器鍵 輕按ON鍵,顯示器全亮,對(duì)顯示器功能檢查后,進(jìn)入稱量模式。
(2)OFF關(guān)閉顯示器鍵 輕按OFF鍵,顯示器熄滅。若長(zhǎng)時(shí)間不使用天平,應(yīng)拔去電源線。
(3)CAL天平校準(zhǔn)鍵 因存放時(shí)間、位置移動(dòng)、環(huán)境變化或?yàn)榱双@得精確測(cè)量,天平在使用前,需進(jìn)行校準(zhǔn),校準(zhǔn)操作按說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。
(4)TAR清零、去皮鍵 將容器置于秤盤(pán)上,顯示容器質(zhì)量,然后輕按TAR鍵,出現(xiàn)全零狀態(tài),即去除了皮重。當(dāng)取出容器,顯示器顯示容器質(zhì)量的負(fù)值,再輕按TAR鍵,顯示器為全零,即天平清零。
(5)UNT量制單位轉(zhuǎn)換鍵 按住UNT鍵不松手,顯示器不斷循環(huán)顯示,當(dāng)顯示所需量制單位時(shí),松手即可。
(6)INT積分時(shí)間調(diào)整鍵 積分時(shí)間有4個(gè)依次循環(huán)的模式可供選擇,按下該鍵,當(dāng)顯示器顯示所需模式時(shí),松手即可。
(7)ABS靈敏度調(diào)整鍵 靈敏度也有依次循環(huán)的4個(gè)模式,選定方法同UNT鍵。
(8)PRT輸出模式設(shè)定鍵 按住PRT鍵,也有4個(gè)模式循環(huán)出現(xiàn),可隨意選擇。
(9)RNG稱量范圍轉(zhuǎn)換鍵 在FA/JA系列天平中,有的有兩個(gè)稱量范圍,即0~30 g;0~160 g。在0~30 g范圍內(nèi),讀數(shù)精度為0.1 mg,若質(zhì)量超過(guò)30 g,天平就自動(dòng)轉(zhuǎn)為1 mg的讀數(shù)精度。選擇時(shí),需按住RNG鍵,當(dāng)顯示器顯示所需范圍時(shí)即松手,隨即出現(xiàn)等待狀態(tài),最后出現(xiàn)稱量狀態(tài)。
電子天平工作原理



1. 調(diào)水平
使用前觀察水平儀是否水平。若不水平,調(diào)節(jié)水平螺栓,使氣泡位于水平儀中心。

2. 預(yù)熱
天平在初次接通電源或長(zhǎng)時(shí)間斷電之后,需要預(yù)熱至少30 min后方可開(kāi)啟顯示屏。
3. 開(kāi)機(jī)
輕按天平面板上的ON鍵,天平自檢,當(dāng)天平顯示稱量模式“0.0000”時(shí),自檢自告結(jié)束。否則需按一下去皮鍵TAR。此時(shí),天平準(zhǔn)備工作就緒。
4. 稱量

5. 關(guān)機(jī)、清掃
注意事項(xiàng):
1. 電子天平的心臟一重力電磁傳感器簧片細(xì)而薄,極易受損,且天平的精度越高,其重力傳感簧片也越薄,所以在使用中應(yīng)特別注意加以保護(hù),不要向天平上加載重量超過(guò)其稱量范圍的物體,絕不能用手壓稱盤(pán)或使天平跌落地下,以免損壞天平或使重力傳感器的性能發(fā)生變化;另外稱量一個(gè)物體,特別是較重的物體時(shí),一般不要超過(guò)30 s;搬動(dòng)和運(yùn)輸時(shí)應(yīng)將秤盤(pán)及其托盤(pán)取下來(lái)。
2. 電子天平實(shí)際上是測(cè)量地球?qū)Τㄔ诜Q盤(pán)上的物體的引力即重力的儀器,而由于地球徑緯度的不同,各地的重力加速度(9~9.8 m2/s〕并不相同,在使用地其稱量準(zhǔn)確度取決于是否進(jìn)行了正確的校正和校正砝碼的精度,假如發(fā)現(xiàn)校正好的天平,在使用地稱重有一定誤差,這并不表示天平有任何故障,請(qǐng)按各型號(hào)電子天平說(shuō)明書(shū)介紹的方法,用計(jì)量部門(mén)認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行校正即可進(jìn)行準(zhǔn)確稱量。
3. 電子天平的校正方法一般分三大類:
全自動(dòng)校正:內(nèi)合標(biāo)準(zhǔn)砝碼和電機(jī)伺服機(jī)構(gòu),只需按一個(gè)功能鍵即可在數(shù)十秒鐘內(nèi)完成校正,一般新型的萬(wàn)分之一克精度以上的電子天平均采用全自動(dòng)校正;
半自動(dòng)校正:內(nèi)裝標(biāo)準(zhǔn)砝碼但無(wú)伺服機(jī)構(gòu),在進(jìn)入校正程序后,需要手動(dòng)加載和卸下校正碼;
手動(dòng)校正:天平內(nèi)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)砝碼和伺服機(jī)構(gòu)需要手動(dòng)進(jìn)入校正程序并外加標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行校正一般精度較低的天平采用手動(dòng)校正。
4. 電子天平是一臺(tái)對(duì)環(huán)境高度敏感的精密電子測(cè)量?jī)x器,使用時(shí)應(yīng)小心操作,安裝臺(tái)面應(yīng)無(wú)明顯振動(dòng),不要敞在空調(diào)口,若這些條件不能滿足,應(yīng)采取一些改進(jìn)措施:如變更使用地點(diǎn);裝上防風(fēng)罩等。同時(shí)注意要調(diào)整底角螺絲,使水平指示器的氣泡居中。天平未調(diào)好水平也是產(chǎn)生稱量誤差的原因之一。
5. 特殊樣品的稱量
(1)靜電樣品
干燥、細(xì)小的粉末狀樣品可能會(huì)帶有靜電,從而使粉末被稱量容器或天平吸引或排斥,導(dǎo)致稱量不準(zhǔn)確和轉(zhuǎn)移過(guò)程中的樣品損失。使用塑料或硼硅玻璃制稱量容器、稱量環(huán)境濕度過(guò)低、操作人員穿戴服裝及手套等因素均有可能產(chǎn)生靜電。應(yīng)采取適當(dāng)措施減小靜電對(duì)稱量結(jié)果的影響,如使用內(nèi)置或外置除靜電裝置、控制環(huán)境濕度不小于 40%或使用抗靜電稱量容器等。
(2)引濕樣品
引濕樣品容易從空氣或外界環(huán)境中吸收水分,如果暴露在外,重量會(huì)逐漸增加。稱量時(shí)應(yīng)注意控制環(huán)境濕度并選擇合適的稱量容器,減少樣品直接接觸空氣或外界環(huán)境的機(jī)會(huì),并在稱量過(guò)程中對(duì)盛有樣品的容器進(jìn)行快速密閉,可選擇小口容器或帶有氣密性塞子的容器等進(jìn)行稱量操作。
(3)揮發(fā)樣品
稱量低沸點(diǎn)液體等易揮發(fā)樣品時(shí),應(yīng)選擇合適的防揮發(fā)稱量容器,并在稱量過(guò)程中對(duì)盛有樣品的容器進(jìn)行快速密閉,如選擇密閉容器、小口容器或帶有氣密性塞子的容器等。
(4)腐蝕性樣品
稱量鹽類、酸類等具有腐蝕性的樣品時(shí),應(yīng)選用合適的耐腐蝕稱量容器,稱量過(guò)程中小心操作,避免樣品灑落導(dǎo)致腐蝕天平或影響稱量環(huán)境。

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