由复旦大学物理系的马继成`吴师民`陆申龙在《物理实验》中刊登的《电子分析天平的工作原理及在实验中的应用》一文中我们了解到：长期以来,应用杠杆原理把被测物与已知质量的祛码进行力学平衡测量,一直是质量测量的主要方法.但采用杠杆原理的分析天平,存在着许多缺点.现在,微克量级的电子分析天平已在科学计量、工业生产和实验室领域开始被广泛使用,因此,我们对电子分析天平的工作原理、结构和使用作一介绍,以供实验教学参考

电子分析天平的工作原理

如图1所示,使用天平时,在空载状态下接通电源,天平下端线圈中会有标准电流通过,产生电磁力F,使天平处于平衡位置(零点).其中线圈通电后横梁的位置改变量是由接收发光二极管和差动变压器进行测量一在平衡状态下,当天平托盘放上待测物时,横梁发生倾斜,则位置检测器产生不平衡信号,传给天平底部的一个内部检别电路.该电路即产生补偿电流流过线圈,并产生更大的电磁力,以维持天平的平衡.直到不平衡信号消失,天平则重新处于平衡状态.这时流过线圈的电流与天平在空载平衡时流过的电流存在一个增值,这个增值与电磁力F成严格的比例关系,也就与待测物重力成正比例,所以可用这个电流增值大小来表示待测物的质量.

如图2所示,为了实现数字显示的目的,线圈中的电流增值必须流经电阻转变为电压信号,再经放大、滤波等信号处理后,进行模/数转换.电流模拟信号变换成数字信号后,再经微机处理,最终在显示器上显示出质量值.

概括来说,电磁力平衡式电子分析天平是把待测物的质量通过电磁力平衡原理变换为电流检测,再经电流/电压变换、模/数转换和数字化运算处理,用数字显示待测物的质量值.

两种分析天平称衡物体质且的比较

1)用电光分析天平称衡在室温为14.3℃时,用25ml的比重瓶装满乙醇(比重瓶上端毛细管开口),放在天平称量过程中,乙醇质量由于不断少量蒸发而减少,每隔lmin测一次,测量结果如图3所示.

图3开始实验,将比重瓶和祛码分别放置于天平两端,因质量变化,需要操作约3~smin天平才趋于平衡.在天平平衡后仍会有微小的震动,且在每次加减祛码时都会使天平不稳定,导致光标左右漂移较大,而无法精确读数.

2)用电子分析天平称衡在同样条件下用电子分析天平称衡,测量结果如图4所示.开始实验,将比重瓶放置在电子分析天平的托盘上,至稳定用时约2~35,而且稳定性很好,显示示数不会漂移,读数方便,可以连续测量.

电子分析天平的优点

从两种天平测量装满挥发性液体的比重瓶质量的结果,可以看出电子分析天平的优点:l)待测物的质量用数字显示,而且从称量到显示出结果的整个过程非常迅速,约2~35,避免了烦琐的操作程序,且质量测量的准确度较高.这是它便于使用的最大优点.2)有数据输出功能,可与计算机连接,利用计算机在线测量.3)维修、校准非常简单.