６２ 中国测试技术 ２００７年１１月 ■二 、—．ｒ— ４ ５ ３ ７～ Ｉ １ ＼．．．＿＝］ 口 。Ｌ。。 他—Ｆ一面面 １．称盘；２．下部杠杆； 上部十【杆；４．传力杠杆；５．线圈；６．永磁 铁：７．位置传感器；８．伺服放大器；９．精密电阻；１０．模数转换 器：１ １．微处理器；１２．显示器 图２ 电磁力传感器原理图 电磁力（洛仑兹力）： Ｆ＝ＩＢＬｓｉｎａ Ｆ：电磁力；，：电流强度；Ｂ：磁感应强度；ｍ＇ｌ与Ｂ 的夹角。 在图２中，通电线圈５在永磁铁６的磁场中做 切割磁力线运动，将产生电磁力。位置传感器７集由 称盘１上放重物而引起的杠杆４的位置变化数据， 将其转化成电信号并经伺服放大器８加在线圈５ 上，因此产生的电磁力必与被称物体的重力相平衡。 线圈５中的电流强度与精密电阻９的电流强度相 等。因此电阻９上的电压值与被称物体的重量有确 定的对应关系。采集该电压信号并经模傲转换和微 处理器处理即可在显示器上显示出称盘上被称物体 的重量。 图３四角误差的调整 ２电子天平四角误差的调修 将称量物体放在称盘上的不同位置，其测结果 应大致相同，而允许有一定的偏差，这个值就是最大 四角误差。四角误差的检测方法如下： 根据国际建议ＯＩＭＬ所述是依据天平满量程的 １／３重量及称盘半径１／３的位置来对天平进行测量。 四角误差的出现有些是由于传感器的结构与装 配上产生的偏差所造成的，而最大的误差是由于上 下连动杠杆的长度不一致所产生的。 如果所检测出来的数值超过最大误差值范围， 便需要对四角误差进行调整。调整方法如下： 注意：（１）使用的检测砝码值要取接近天平满量 程的最大整数；（２）砝码放在天平称盘的最外侧（如 图３所示）。 （ａ）确定称重传感器的轴线（即调整螺钉孔的垂 直平分线） 先取出称盘，补偿圈，称盘支撑，保护圈，轴套保 护，防风室底板等，会见到两个黑色小胶帽，将黑胶 帽取出，孔内即调整螺钉。由此确定传感器的轴线。 （ｂ）测量三点数据 只将称盘支撑、称盘及补偿圈放回。如图将砝码 放回到位置１，待显示出读数及稳定符号“ｇ”后按除 皮键，显示０．０００ｇ，再将砝码移到位置２、３，并记下 读数。所显示的数值即各点的偏差。 １．Ｔａｒｅ Ｏ．Ｏ０００ｇ １ Ｔａｒｅ Ｏ．Ｏ０００ｇ ２． ＋Ｏ．００１ ８ ｇ 反时针 ２． 一０．０００ ８ 顺时针 ３． 一Ｏ．ｏ０１Ｏ ３． 一Ｏ．０００８ 顺时针 （１３）调节误差值最大处的螺钉。用螺丝刀对该点 旁的小孔内的螺钉进行小角度调节，误差为“＋”时 反时针旋转，误差为“一”时顺时针旋转。 （ｄ）轻压称盘直到显示“Ｈ＇＇。 （ｅ）重复２，３，４步骤，直至数值在￣３ｄ一４ｄ之内。 ３ 电子天平线性误差的调修 天平本身的放大量与显示值不成线性变化，而 是有偏差，即线性误差。这一误差是不能完全避免 的，只能选择线性误系数小的组件以使误差尽量小。 电子天平的线性误差的最大来源是由传感器内的永 磁铁所产生的磁力线的非线性所引起的，这是不能 避免的。为了保持天平的精度，通常天平厂家会设计 独特的自动跟踪补偿电路，原理如下： 由于放大组件和磁缸所产生的线性误差是在模 数转换前，因此设计了一个线性补偿电路附加在模 数转换器的共加点上将误差修正。我们可以调节可 变电阻Ｐ】，调整所需要的补偿电压幅度以配合线性 误差深度而使输入到模数转换器前已是一个没有偏 差的仿真信号了。如图４所示。 此外，某些天平系列是利用软件进行线性补偿 调整的，它是利用五点线性砝码补偿方式进行补偿。 如图５所示，图５（ａ）是没有误差的理想曲线，图５ （ｂ）是由传感器和放大组件所产生的总误差曲线。我 们利用线性补偿电路产生一条与磁铁和原有放大器 相反的补偿线。Ａ和Ｂ两条曲线加在一起得到的曲 线与理相曲线非常近，这样就达到了补偿的目的。天 平出厂时，我们将线性调整在理想的范围内，即不大 于３ ｄ。但当用户使用一段时间后，或者是经过长途 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第６期 刘强等：电子天平原理及四角误差和线性误差的调修 ６３ 补偿输出 传 图４线性补偿电路 运输后发现有轻微的偏差存在，我们便要对线性补 偿进行调整，改变补偿曲线，以达到理想输出。 ／ ／ （ａ）理想曲线 曲线 曲线 ＼ （ｂ）总误差曲线 图５线性误差的补偿 线性误差的检查方法： 通常我们选取五点法或三点法，即取零点，１／４ 负载，１／２负载，３／４负载和满载，或零点，１／２负载和 满载作为检测点。注意：作线性检测用的砝码一定要 达到天平的精度范围。 以德国赛多利斯电子天平Ａ２００Ｓ为例，先在称 盘上放半负载，显示１００．０００ ５ ｇ，再另加１００ ｇ至称 盘全负载，显示２００．００００ｇ，则判断线性超差一１０ｄ， 此时可以将天平外壳显示器底下左面有一个小黑胶 盖，将胶盖取下，便可看见小孔内的可变电阻，用起子 调节可变电阻，使天平的显示值为２００．０００ ５ ｇ左右。 然后取下两个１００ ｇ砝码，按除皮键使显示器回 零。再放１００ｇ砝码，显示值为１００．０００３ ｇ，再加上 一个１００ｇ砝码，显示２００．０００ ７ ｇ，在２００．０００ ３ ｇ 和２００．０００ ９ ｇ之间，即在线性容许范围内，说明线 性已调整好。注意：如此时显示的值与砝码的实际 重量不同，我们无须理会。因为这时我们调整的是 线性而不是灵敏度。 ４结束语 电子天平是一种高准确度计量仪器，广泛应用 于各行各业的实验室中。了解电子天平的工作原理 对正确使用电子天平有很大的帮助。电子天平的四 角误差和线性误差对电子天平的测量准确性有着决 定性的影响，了解和掌握电子天平的四角误差和线 性误差产生原因、测量方法和调修的方法，对保证电 子天平的测量准确性起着关键性的作用。 参考文献 【１］ＪＪＧ９８—１９９０，非自动天平检定规程【Ｓ］．北京：中国计量出 版社，１９９０． ［２］ＪＩＧ １０５９—１９９９，测量不确定度评定与表示【Ｓ］．北京：中国 计量出版社，１９９９． 【３］裴玉洁．天平【Ｍ］．北京：中国计量出版社，１９９３． 【４］Ｈｅｎｒｙ Ｖ．Ｏｐｐｅｒｍａｎ（美国国家标准技术局）和Ｒｏｓｓ Ｊ． Ａｎｄｅｒｓｏｎ（美国国家重量测量局）．准确称重【Ｃ］．ＮＩＳＴ计量 年会资料，１９９８． 【５］殷卫宁．电子秤维修［Ｍ］．北京：电子工业出版社，１９９５． 【６］薛靓．浅谈质量比较仪【Ｊ】．实用测试技术，２００１，２７（５）： ３０． 【７］薛靓．公斤副基准砝码比对中空气浮力的影响【Ｊ】．中国 测试技术，２００３，２９（４）：１６． 【８］Ｗａｌｔｅｒ Ｅ．Ｋｕｐｐｅｒ．高精度称重设备的有效性【ｃ］．测量过程 科学会议，１９９８．
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