電子天平基本原理

大家知道，機械光電分析天平是應用杠桿原理而工作的，那么電子天平是靠什么原理工作的呢?

根據基礎物理大家知道，處于磁場中的通電導體(導線或線圈)將產生一種電磁力，力的方向可用物理學中的左手定則來判定，如果通過導體的電流大小和方向以及磁場的方向已知的話，則有電磁力的關系式：

F -BLI sin?

式中：F ——電磁力；

        B ——磁感應強度；

      L ——受力導線長度；

      I ——電流強度；

      sin? ——通電導體與磁場夾角的正弦。

從式中不難看出電磁力F 的大小與磁感應強度B 成正比，與導線長度L 和電流強度I 也成正比，還和通電導體與磁場的正弦夾角成正比。在電子天平中，通常選擇通電導體與磁場的夾角為90°，即sin90°=1；這時通電導體所受的磁場力最大，所以上式可改寫成：

F =BLI

由于上式中的B、L 在電子天平中均是一定的，也可視為常數，那么電磁力的大小就決定于電流強度的大小了，亦即電流增大，電磁力也增大；電流減少，電磁力也減小。電流的大小是由天平秤盤上所加載荷的大小，也就是被稱物體的重力大小決定的。當大小相等方向相反的電磁力與重力達到平衡時，則有：

F - mg - BLI

上式即為電子天平的電磁平衡原理式。通俗地講，就是當秤盤上加上載荷時，使其秤盤的位置發生了相應的變化，這時位置檢測器將此變化量通過PID調節器和放大器轉換成線圈中的電流信號，并在采樣電阻上轉換成與載荷相對應的電壓信號，再經過低通濾波器和模數(A/D)轉換器，變換成數字信號給計算機進行數據處理，并將此數值顯示在顯示屏幕上，這就是電子天平的基本原理。

補充內容 (2021-7-27 15:03):
更正一下“F - mg - BLI”，實為“F = mg = BLI”

補充內容 (2021-7-27 15:15):
更正“F -BLI sin?”為“F = BLI sin?”

現在市面上的精密電子天平越來越多，種類繁雜，但是不管是國產還是進口的，它們的內部結構都是一致的。電子天平一般是由秤盤、傳感器、PID調節器、功率放大器、低通濾波器、位置檢測器、顯示器、機殼、微計算機、模數轉換器、底腳等幾個部分組成。

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，以圓形和方形的居多。使用中應注意衛生清潔，更不要隨意掉換秤盤；

傳感器：傳感器是電子天平的關鍵部件之一，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；

PID調節器：保證傳感器快速而穩定地工作；

功率放大器：將微弱的信號進行放大，以保證天平的精度和工作要求；

低通濾波器：排除外界和某些電器元件產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；

位置檢測器：由高靈敏度的遠紅外發光管和對稱式光敏電池組成的。它的作用是將秤盤上的載荷轉變成電信號輸出；

顯示器：一種是數碼管的顯示器；另一種是液晶顯示器。它們的作用是將輸出的數字信號顯示在顯示屏幕上；

機殼：保護電子天平免受到灰塵等物質的侵害，同時也是電子元件的基座等；
微計算機：電子天平的關鍵部件，它是電子天平的數據處理部件，具有記憶、計算和查表等功能；

模數轉換器：轉換精度高，易于自動調零能有效地排除干擾，將輸入信號轉換成數字信號；

底腳：電子天平的支撐部件，同時也是電子天平水平的調節部件，一般均靠后面兩個調整腳來調節天平的水平。

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請教：天平一直漂移是怎么回事？放上砝碼之后，值一直在慢慢變小。還有回零不好的，一般是什么問題引起的？

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smile舞狼 發表于 2021-7-28 16:50
請教：天平一直漂移是怎么回事？放上砝碼之后，值一直在慢慢變小。還有回零不好的，一般是什么問題引起的？ ...

我也遇到過一次，測得是水，萬分之一的天平，放上去之后，數值一直變小，不過放砝碼的時候就不會。感覺應該是揮發的原因。放上砝碼還會一直變小的還沒有遇到過。

精度不同是傳感器有什么區別么？

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電子天平秤的是質量還是重量？

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