实验室称量报告

实验室称量调研报告1 项目信息项目信息：实验室称量2 背景随着科学技术的不断发展,天平仪器的原理及其结构发生了很大变化.它广泛 地应用微电子技术、计算机技术,使天平仪器逐步向智能化发展.电子天平的拓展 可谓异军突起,它的功能、用途远远地胜过了机械式天平。电子天平具有自动校 准、称量快速准确、去皮重、自动显示等优点，是传感技术，电子技术和微处理 技术发展的综合产物。称重是实验室最常见的工作之一。先进的微量天平、半微量天平、分析天平 与精密天平现已得到了极大优化，以致于通常无需设置专用称重室。电子技术的 进步极大地简化了天平操作过程，大幅度缩短了称重时间，并且使天平具有很高 的灵活性，因此可将其直接集成于生产过程当中。本报告根据实验室称量所需要的一些相关要求做出分析，对国内外各公司的 电子天平进行调研，并对一系列典型产品进行介绍，选择合适的实验室称量仪器。 3 术语1. FACT： Fully Automatic Calibration Technology，全自动校准技术。2. 最大称量： 不计添加皮重时的最大称量能力；3. 最小称量： 小于该载荷值时称量结果可能产生过大的相对误差；4. 安全载荷： 120%正常称量范围；5. 多分度：只有一个称量范围，按不同实际分度值分为几个局部的称量范围；6. 允许误差： 等级检定时允许的最大偏差;7感量（实际分度值：一台电子秤所能显示的最小刻度;通常用“d”来表示；8. 检定分度值：用于划分天平级别与进行计量检定的，以质量单位表示的值，通常用“ e”来表示；9. 重复性:对同一载荷,多次称量所得结果之差 ,应不大于该称量最大允许误 码差的绝对值；10. 四角偏差：将同一物体放置在天平的不同位置，若天平读数相同，则该天平四角性 能良好。测试该性能的时候把砝码放在秤盘中心的上下左右四个方向。亦称为偏心载荷 或偏载测试；11. 响应时间（稳定时间）:从样品放到秤盘，到显示器显示读数的时间。4 称量原理4.1 系统功能框图图 4.1 系统功能框图激励电压给传感器提供一个工作电压，在外力的作用下传感器会输出一个信 号。将输出的信号送入滤波电路模块，经过滤波后将信号送入 A/D 转换电路模 块，信号经过放大并转化成数字量后，再送入单片机中进行处理。按键电路模块 有清零，去皮重，单位换算等作用，声音提示电路模块在称重物的重量大于所设 定的最大量程时，会发出报警。液晶显示模块用于显示重量等。4.2 传感器称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、 陀螺仪式、电阻应变式等8类，以电阻应变式使用最广。目前世界在工业电子秤和试验室 天平上最通用的2种称重原理为：应变片传感器和电磁力传感器。具体内容在下面介绍。4.2.1 应变片传感器电阻应变式称重传感器由电阻应变片、检测电路和弹性体三个主要部分组成。弹性体 的作用除了对外力产生一个反作用力外还产生一个应变场，使电阻应变片能较好的完成转换 任务。检测电路大多采用惠斯登电路，其作用是将电阻应变片的阻值变化转变成相应的电压 输出。电阻应变式称重传感器的工作原理是指弹性体在感受到外力作用后产生形变，使其表 面粘贴的电阻应变片也跟着产生形变，电阻应变片在产生形变后其阻值也发生相应的改变 再经过测量电路把这一阻值的变化转换成电信号。如图所示：7C lo4-4.2应变片传感器原里图应变片传感器是通过 4 个焊在金属结构上的力感应器测量出重量产生在金属结构上的 拉力。 4个感应器连接在一起形成电桥，如图4.1。最简单的传感器只有4 个电阻，零负载 的时候四个电阻是一样的。当传感器受到压力后，电阻A和D的电阻将会减小，电阻B和 C的电阻将会加大。导致电桥失衡。当电桥上通电压从+E到E,就有信号从+S到-S 输出。无负载状态输出电压为0，负载重量与输出电压呈线性关系。大多传感器并不像举例 的那么简单。还需要不同的电阻来补偿温度变化带来的影响，调节输出电压。传感器也能并联使用，来增加负载量程。并联传感器的时候，每个传感器承载一部分重 量，原理与使用单传感器相同。传感器通常由于局部超载而损坏。传感器损坏将导致零点出现偏差。即便仍然可以使用， 也会出现线性偏差或温度补偿失灵等问题。传感器沾水将引起应变片松动或电路故障等问 题，导致传感器被破坏。4.2.3 电磁传感器电磁力平衡传感器是一种高精度测力传感器，其分辨率可达到数百万分之 一，甚至达到了数千万分之一，广泛应用于电子分析天平中。电磁力平衡传感器 工作原理是依靠载流线圈在恒定直流磁场中产生的电磁力与被测物体的重力平 衡的原理完成被测物体的力信号至电信号的转换。在测量物体质量时，通过间接 测定磁场中流过线圈电流强度的大小，实现对被称物体质量的测量。PID调节驱动位移检测立柱一 永磁体+ 拉簧+ 动圈十 发光管十 遮光片+ 光敏管图 4.3 电磁力平衡传感器工作原理图电磁力平衡传感器工作原理如图 4.3 所示。图 4.3 中虚线方框内为电磁力 平衡传感器、位移检测电路、PID调节等组成的闭环结构。称盘加载前，电磁力 平衡传感器处于初始平衡状态。称盘加载后，被称量物体的重量使电磁力平衡传 感器的可动部分发生位移。遮光片位移使光敏二极管D2感应到D1发出的光， 光信号经光电检测电路转换为电压信号。电压信号通过PID调节，向线圈提供一 个与被称物体的质量m成正比的电流I。线圈在永磁体的磁场作用下，将产生向 上的力F,使电磁力平衡传感器的可动部分向上移动。遮光片向上移动后，使光 电检测电路的输出电压减少，PID积分环节使流经线圈的电流I继续增大，直至 可动部分恢复到初始平衡的位置。此时，线圈电流I在永磁体磁场作用下产生的 力 F 与被称量物体的重力相等，传感器处于平衡状态。于是F=BIL=mg .式中，B为永磁体气隙中的磁感应强度；L为动圈的导 线长度；g为重力加速度。当磁感应强度B、线圈长度L和重力加速度g 一定时， 通过测量线圈电流，即可间接测量被称量物体的质量。5.电子天平的分类通常情况下，电子天平有不同的使用精度以及不同的称重对象，因此统计下来，电子 天平的分类也是不少的，大致可有六大分类，包括：1超微量电子天平超微量天平的最大称量是2至5g,其标尺分度值小于（最大）称量的 10-6。2精密电子天平：这类电子天平是准确度级别为II级的电子天平的统称。3常量电子天平：此种天平的最大称量一般在100至200g，其分度值小于（最大）称量 的 10-5。4半微量天平:半微量天平的称量一般在20至100g，其分度值小于（最大）称量的10-5。5超微量电子天平：超微量天平的最大称量是2至5g,其标尺分度值小于（最大）称量的 10-6。6微量天平：微量天平的称量一般在3至50g，其分度值小于（最大）称量的10-5。 下面举赛多利斯的一些产品来说明，产品型号最大单位称量（g）读数精度LC系列电子分析天平60340000.0011gAC系列电子分析天平602100.01一0.1mgRC系列电子分析天平522500.001一0.1mgBA系列电子分析天平3061000.01一100mgPT系列电子天平12161000.011g微量及超微量电子天平3250.001-0.01ug6 国内外主要厂家及其一系列产品介绍6.1 瑞士-梅特勒-托利多梅特勒和托利多以前是两个公司，梅特勒一个是瑞士的，托利多是美国的。他们两家一 家是做天平另一家是做称和轨道衡的，后来，两家合并成梅特勒托利多。总部设在瑞士，不 过在瑞士，美国，德国和中国都有工厂。历经百年变革，紧随时代步伐，梅特勒-托利多集 团已走过一百年的光辉历程。1901年，亨利托巴德博士创新推出了全球第一台具备全自动重量和价格显示的店铺 秤，开创了托利多品牌，并发展为美国最大的工业及商业衡器制造商。1945年，欧莱德梅 特勒博士发明了令世界瞩目的首台单秤盘替代法天平，并在1973年，又隆重推出了世界上 第一台全电子精密天平一一PT1200,引发了全球天平的技术革命。1989年，梅特勒和托利 多这两个行业领导者联姻，梅特勒-托利多品牌从此诞生！1997年，梅特勒一托利多的股票在纽约证券交易所成功上市，集团从此成为上市公司。 现在，梅特勒-托利多在全球范围内拥有员工八千五百名，在三十七个国家及地区从事销售 及服务工作。同时，集团还在瑞士、德国、美国、中国等国家设立了生产基地，为遍布世界 的销售网络提供产品。6.2产品及其特点梅特勒一托利多的实验室称量电子天平可以分为三类：超微量/微量天平，分析天平， 精密天平。产品类别最大称量精度传感器特点超微量 /微量 天平6.1gl.Oug52,000,000位的分辨率；明亮的触摸显示屏、智能化用户操作指导以及无 需用手接触的红外防风罩控制功能； 触摸显示屏提供无可比拟的用户友好的操作界 面。多达8个个性化设置的用户操作界面可以被 自由设定、保持和恢复。分析天 平510gO.Olmg/O.lmg单模块 称重传 感器利用SmartGrid获得精确的结果；触摸屏一 操作方便；最大限度地利用各种专业配件：易巧称量组件用 于直接称量、抗静电解决方案、密度测定等。 易于清洁一避免交叉污染；精密天4200g64kgO.lmg/lg高速单 模块称 重传感 器红外感应器(SmartSens)实现无需用手接触的 操作；在SOP流程中，在完整的用户分步指南 导引下操作天平。LabX处理所有称量结果和计算，还能在操作过平程中自动打印标签和报告；水平控制系统通知天平是否正确调节，以确保获 得精确的结果；易于清洁一避免交叉污染；6.3 德国赛多利斯世界天平之父德国赛多利斯集团创建于1870 年，是世界著名的过程技术和实验室 仪器的供应商，是称量技术的市场领导者。提供称量技术产品、电化学分析仪器，并可为用 户的实验和生产提供全套的解决方案。赛多利斯在110多个国家设立了分支机构或办事处， 生产基地遍布美洲、东欧、亚洲等地。130 多年以来，赛多利斯公司一直在不断创新和改进称量技术，始终走在称量技术发展 的前沿。发明了：第一台铝制短臂分析天平(1870)；第一台精度达一亿分之一克的超微量天 平，于1971 年被载入吉尼斯世界纪录大全，创造了世界最高精度的纪录，并一直保持至 今；应用 40MHz 高速微处理技术的电子天平(1990)；超级单体传感器，在德国、美国和瑞 士等国家都取得了专利(1998)。时至今日随着超高性能微处理机技术和层次结构的应用 ,使得 90 年代的赛多利斯电子 天平达到了一个令人难以想象,独一无二的高水平:自动故障检查;全自动校正;超载 自动保 护;自动回零;温度自动线性补偿 ;标准接口;自动打印;内装缺码自动校正功能和无 可比拟 的 高精度; 独有的四级防震系统使其具有良好的浏量稳定性和重复性;安装方便 , 操作简单 全。1997年赛多利斯公司已生产出全球独一无二的超级单体传感器,并成功地推 出最新型 号的电子天平,开创了电子天平的新纪元。超级单体传感器是采用碾磨、切割坚 实的特种合 金,让具有分析特性的称量系统成为一个整体,大大消除了环境温度的变化对传感器温度的 影响 ,并具有:极 高的重复性、稳定性和卓越的性能价格比。目前哥廷根总厂生产的天平有分析天平精密天平和工业天平200 多种适用于各种不同的 应用领域其读数精度最高可达001微克称量范围0 一 3000公斤,加/减一天平则显示了其检 测、分份及分类的三位一体