由復旦大學物理系的馬繼 成 ` 吳師 民 ` 陸 申龍 在《物理實驗》中刊登的《電子分析天平的工作原理及在實驗中的應用》一文中我們了解到：
長期 以來 , 應用杠桿原理把被測物與已知 質(zhì)量的祛碼進行力學平衡測量 , 一直是質(zhì)量測 量的主要方法 . 但采用杠桿原理的分析天平 , 存 在著許多缺點 . 現(xiàn)在 , 微克量級的電子分析天 平 已在科學計量 、 工業(yè)生產(chǎn)和 實驗室領域開始 被廣泛使用 , 因此 , 我們對電子分析天平的工 作原理 、 結(jié)構(gòu)和使用作一介紹 , 以供實驗教學參考 

 電子分析天平的工作原理

如圖 1 所示 , 使用天平時 , 在空載狀態(tài)下 接通 電源 , 天平下端線圈中會有標準電流通過 , 產(chǎn)生電磁力 F , 使天平處于平衡位置 (零點 ) . 其 中線圈通 電后橫梁的位置改變量是 由接收發(fā)光 二極管和 差動變壓器進行測量 一 在平衡狀態(tài)下 , 當天平托盤放上待測物時 , 橫梁發(fā)生傾斜 , 則位置檢測器產(chǎn)生不平衡信號 , 傳給天平底部的一個內(nèi)部檢別電路 . 該 電路即 產(chǎn)生補償 電流流過線圈 , 并產(chǎn)生更大的電磁力 , 以維持天平的平衡 . 直到不平衡信號消失 , 天平則重新處于平衡狀態(tài).這時流過線圈的電流 與天平在空載平衡時流過 的電流存在 一個增 值 , 這個增值與 電磁力 F 成嚴格的比例關系 , 也就與待測物重力成正比例 , 所以可用這個 電 流增值大小來表示待測物的質(zhì)量 .

如圖 2 所示 , 為了實現(xiàn)數(shù)字顯示 的 目的 , 線 圈中的 電流增值必須流經(jīng) 電阻轉(zhuǎn)變?yōu)?電壓信 號 , 再經(jīng)放大 、濾波等信號處理后 , 進行模/數(shù) 轉(zhuǎn)換 . 電流模擬信號變換成數(shù)字信號后 , 再經(jīng) 微機處理 , 最終在顯示器上顯示 出質(zhì)量值 .

概括來說 , 電磁力平衡式電子分析天平是 把待測物的質(zhì)量通過 電磁力平衡原理變換為電 流檢測 , 再經(jīng)電流 / 電壓變換 、 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換和 數(shù) 字化運算處理 , 用數(shù)字顯示待測物的質(zhì)量值 .

兩種分析天平稱衡物體質(zhì)且的比較

1) 用電光分析天平稱衡 在室溫為 14 . 3℃時 , 用 2 5m l 的比重瓶裝 滿乙醇 ( 比重瓶上端毛細管開 口 ) , 放在天平稱 量過程中 , 乙醇質(zhì)量 由于不斷少量蒸發(fā)而減少 , 每隔 l m in 測一次 , 測量結(jié)果如圖 3 所示 .

圖 3 開始實驗 , 將比重瓶和祛碼分別放置于天 平兩端 , 因質(zhì)量變化 , 需要操作約 3~ s m in 天 平才趨于平衡. 在天平平衡后仍會有微小的震 動 , 且在每次加減祛碼時都會使天平不穩(wěn)定 , 導 致光標左右漂移較大 , 而無法精確讀數(shù) . 

2) 用電子分析天平稱衡 在同樣條件下用 電子分析天平稱衡 , 測量結(jié)果如圖 4 所示 . 開始實驗 , 將比重瓶放置在電子分析天平的 托盤上 , 至穩(wěn)定用時約 2~ 3 5 , 而且穩(wěn)定性很好 , 顯示示數(shù)不會漂移 , 讀數(shù)方便 , 可以連續(xù)測量 .

電子分析天平的優(yōu)點

從兩種天平測量裝滿揮發(fā)性液體的比重瓶 質(zhì)量的結(jié)果 , 可以看出電子分析天平的優(yōu)點 : l) 待測物的質(zhì)量用數(shù)字顯示 , 而且從稱量 到顯示出結(jié)果的整個過程非常迅速 , 約 2~ 3 5 , 避免了煩瑣的操作程序 , 且質(zhì)量測量的準確度 較高 . 這是它便于 使用 的最大優(yōu)點 . 2) 有數(shù)據(jù)輸出功能 , 可與計算機連接 , 利 用計算機在線測量 . 3) 維修、 校準非常簡單 .