天平是測定物體質(zhì)量的計量儀器的總稱,是實驗常用儀器之一。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(如雙盤等臂機械天平)
(2)扭力天平:通過彈性元件變形稱量(如扭力分析天平)
(3)電子天平:采用電磁力補償原理或應變片技術(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(見圖1)是對杠桿式天平而言。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天平、等臂單盤天平、不等臂單盤天平。雙盤天平又可以分為擺動天平和阻尼天平,普通標牌和電光天平。

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、傳感器、位置檢測器、PID調(diào)節(jié)器、功率放大器、低通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微計算機、顯示器、機殼、底腳等部分組成的:
1. 秤盤
秤盤多為金屬材料制成,安裝在天平的傳感器上,是天平進行稱量的承受裝置。它具有一定的幾何形狀和厚度,以圓形和方形居多。使用時應注意衛(wèi)生清潔,不要隨意更換秤盤。
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,裝在秤盤的下方。它的精度很高也很靈敏。應保持天平稱量室的清潔,切忌稱樣時撒落物品而影響傳感器的正常工作。
3. 位置檢測器
位置檢測器是由高靈敏度的遠紅外發(fā)光管和對稱式光敏電池組成。它的作用是將秤盤上的載荷轉(zhuǎn)變成電信號輸出。
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進行放大,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)點在于轉(zhuǎn)換精度高,易于自動調(diào)零,能有效地排除干擾,將輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
8. 微計算機
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)字信號顯示在顯示屏上。
10. 機殼
其作用是保護電子天平免受到灰塵等物質(zhì)的侵害,同時也是電子元件的基座等。
11. 底腳
電子天平的支撐部件,同時也是電子天平水平的調(diào)節(jié)部件,一般均靠后面兩個調(diào)整腳來調(diào)節(jié)天平的水平。

各功能鍵的作用如下:
(1)ON開啟顯示器鍵 輕按ON鍵,顯示器全亮,對顯示器功能檢查后,進入稱量模式。
(2)OFF關(guān)閉顯示器鍵 輕按OFF鍵,顯示器熄滅。若長時間不使用天平,應拔去電源線。
(3)CAL天平校準鍵 因存放時間、位置移動、環(huán)境變化或為了獲得精確測量,天平在使用前,需進行校準,校準操作按說明書進行。
(4)TAR清零、去皮鍵 將容器置于秤盤上,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。當取出容器,顯示器顯示容器質(zhì)量的負值,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,當顯示所需量制單位時,松手即可。
(6)INT積分時間調(diào)整鍵 積分時間有4個依次循環(huán)的模式可供選擇,按下該鍵,當顯示器顯示所需模式時,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30 g,天平就自動轉(zhuǎn)為1 mg的讀數(shù)精度。選擇時,需按住RNG鍵,當顯示器顯示所需范圍時即松手,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. 預熱
天平在初次接通電源或長時間斷電之后,需要預熱至少30 min后方可開啟顯示屏。
3. 開機
輕按天平面板上的ON鍵,天平自檢,當天平顯示稱量模式“0.0000”時,自檢自告結(jié)束。否則需按一下去皮鍵TAR。此時,天平準備工作就緒。
4. 稱量

5. 關(guān)機、清掃
注意事項:
1. 電子天平的心臟一重力電磁傳感器簧片細而薄,極易受損,且天平的精度越高,其重力傳感簧片也越薄,所以在使用中應特別注意加以保護,不要向天平上加載重量超過其稱量范圍的物體,絕不能用手壓稱盤或使天平跌落地下,以免損壞天平或使重力傳感器的性能發(fā)生變化;另外稱量一個物體,特別是較重的物體時,一般不要超過30 s;搬動和運輸時應將秤盤及其托盤取下來。
2. 電子天平實際上是測量地球?qū)Τㄔ诜Q盤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,在使用地其稱量準確度取決于是否進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,請按各型號電子天平說明書介紹的方法,用計量部門認可的標準砝碼進行校正即可進行準確稱量。
3. 電子天平的校正方法一般分三大類:
全自動校正:內(nèi)合標準砝碼和電機伺服機構(gòu),只需按一個功能鍵即可在數(shù)十秒鐘內(nèi)完成校正,一般新型的萬分之一克精度以上的電子天平均采用全自動校正;
半自動校正:內(nèi)裝標準砝碼但無伺服機構(gòu),在進入校正程序后,需要手動加載和卸下校正碼;
手動校正:天平內(nèi)沒有標準砝碼和伺服機構(gòu)需要手動進入校正程序并外加標準砝碼進行校正一般精度較低的天平采用手動校正。
4. 電子天平是一臺對環(huán)境高度敏感的精密電子測量儀器,使用時應小心操作,安裝臺面應無明顯振動,不要敞在空調(diào)口,若這些條件不能滿足,應采取一些改進措施:如變更使用地點;裝上防風罩等。同時注意要調(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、細小的粉末狀樣品可能會帶有靜電,從而使粉末被稱量容器或天平吸引或排斥,導致稱量不準確和轉(zhuǎn)移過程中的樣品損失。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。應采取適當措施減小靜電對稱量結(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,重量會逐漸增加。稱量時應注意控制環(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)境的機會,并在稱量過程中對盛有樣品的容器進行快速密閉,可選擇小口容器或帶有氣密性塞子的容器等進行稱量操作。
(3)揮發(fā)樣品
稱量低沸點液體等易揮發(fā)樣品時,應選擇合適的防揮發(fā)稱量容器,并在稱量過程中對盛有樣品的容器進行快速密閉,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,應選用合適的耐腐蝕稱量容器,稱量過程中小心操作,避免樣品灑落導致腐蝕天平或影響稱量環(huán)境。

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