內(nèi)置砝碼天平的工作原理有哪些方面

更新時間：2025-08-21

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電子天平的核心傳感器是電磁力平衡傳感器。其基本原理是通過一個電磁線圈產(chǎn)生的力來平衡被測物體所受的重力。這個力與電流成正比，因此通過測量電流就可以知道物體的質(zhì)量。

然而，這個系統(tǒng)會受到多種因素的影響而產(chǎn)生誤差，例如：

內(nèi)置砝碼的核心作用，就是作為一個永恒存在的、已知質(zhì)量精確的“基準(zhǔn)"，用來定期檢測和修正上述因素引起的測量誤差。

這是最直觀的一個方面，即“砝碼如何被放到秤盤上"。

砝碼存放：天平內(nèi)部有一個或多個（通常是1個或2個）高精度、不受環(huán)境影響的砝碼。它們被精心放置在一個專門的存儲架上。
驅(qū)動機(jī)制：當(dāng)天平接收到校準(zhǔn)指令（可以是手動觸發(fā)、定時自動觸發(fā)或溫度變化時自動觸發(fā)）時，一個精密的步進(jìn)電機(jī)會被啟動。
機(jī)械傳動：電機(jī)通過一套蝸輪蝸桿或其他減速傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動一個機(jī)械臂或升降裝置。
砝碼加載：這個機(jī)械臂會精確地將內(nèi)置砝碼從存放架提起，然后平穩(wěn)地放置到天平的稱量傳感器（即秤盤所在的傳感器）上。
砝碼卸載：校準(zhǔn)過程結(jié)束后，機(jī)械臂再執(zhí)行反向操作，將砝碼精準(zhǔn)地放回存儲架，確保其不會干擾正常的稱量工作。

整個機(jī)械過程要求非常高的重復(fù)精度和穩(wěn)定性，每次加載和卸載的位置都必須全一致，否則會引入新的誤差。

這是內(nèi)置砝碼天平的“大腦"部分。

測量基準(zhǔn)值：當(dāng)內(nèi)置砝碼被加載到傳感器上后，天平會讀取此時傳感器的輸出值（即電流值）。由于砝碼的質(zhì)量是已知且恒定的（例如，精確為100.0000g），此時天平理論上應(yīng)該顯示100.0000g。
比較與計(jì)算：天平的微處理器會將理論值（100.0000g）與實(shí)測讀數(shù)進(jìn)行比較。如果存在偏差（例如，由于溫度變化，讀數(shù)變成了100.0005g），處理器就會計(jì)算出這個誤差值。
生成校準(zhǔn)系數(shù)：根據(jù)計(jì)算出的誤差，處理器會生成一個修正系數(shù)（Calibration Factor）。這個系數(shù)是一個數(shù)學(xué)參數(shù)，用于調(diào)整傳感器的輸入-輸出關(guān)系曲線（即標(biāo)定曲線）。
應(yīng)用修正：在接下來的所有稱量中，天平都會將這個修正系數(shù)應(yīng)用到每一次的測量數(shù)據(jù)上，從而實(shí)時補(bǔ)償掉由環(huán)境因素引起的誤差，確保顯示的重量值無限接近真實(shí)值。
完成校準(zhǔn)：整個過程完成后，砝碼被卸載，天平恢復(fù)正常稱量模式，但已經(jīng)擁有了最新的、最準(zhǔn)確的測量基準(zhǔn)。

內(nèi)置砝碼的工作原理帶來了幾個的優(yōu)勢：

全自動校準(zhǔn)：用戶無需手動拿取外部砝碼進(jìn)行操作，只需按一個鍵甚至無需操作（全自動模式），避免了人為操作誤差和砝碼污染的風(fēng)險。
高頻次校準(zhǔn)：可以設(shè)置為每次開機(jī)、定時（如每4小時）、或感知到溫度變化超過閾值時自動進(jìn)行，始終保持儀器處于優(yōu)良狀態(tài)。
traceability (可追溯性)：內(nèi)置砝碼本身在出廠時都經(jīng)過更高級別的標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行校準(zhǔn)，可以溯源至國際質(zhì)量基準(zhǔn)（如國際千克原器），保證了測量結(jié)果的和可靠性。
保護(hù)砝碼：砝碼始終存放在天平內(nèi)部，避免了因移動、觸摸、污染或損壞而導(dǎo)致精度下降的風(fēng)險。

內(nèi)置砝碼天平的工作原理是一個 “機(jī)械自動化" 與 “電子軟件智能修正" 結(jié)合的過程。

簡單來說，它的工作流程就是：
指令 → 電機(jī)驅(qū)動機(jī)械裝置加載內(nèi)置砝碼 → 測量讀數(shù)并與已知理論值對比 → 計(jì)算誤差并生成修正系數(shù) → 卸載砝碼 → 將修正系數(shù)應(yīng)用于所有后續(xù)測量。

這種方式極大地保證了高精度天平在復(fù)雜多變的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的長期穩(wěn)定性和測量準(zhǔn)確性，是現(xiàn)代精密稱量技術(shù)中的關(guān)鍵功能。