物理实验第20卷第5期 电子分析天平的工作原理及在实验中的应用 马继成·吴师民陆中龙 (复旦大学物理亲上海200433) 摘要简要介绍电子分析天平的工作原理,并通过实验说明电子分析天平的优点 关键词电子分析天平电磁力平衡数字显示 长期以来,应用杠杆原理把被测物与已知平则重新处于平衡状态.这时流过线圈的电流 质量的砝码进行力学平衡测量,一直是质量测与天平在空载平衡时流过的电流存在一个增 量的主要方法但釆用杠杆原理的分析天平,存值,这个增值与电磁力F成严格的比例关系, 在着许多缺点.现在,微克量级的电子分析天也就与待测物重力成正比例,所以可用这个电 平已在科学计量、工业生产和实验室领域开始流增值大小来表示待测物的质量 被广泛使用,因此,我们对电子分析天平的工 上皿式托盘 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, 斗内都检别电路 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 图1上皿式电磁力平衡分析天平原理图 在平衡状态下,当天平托盘放上待测物时, 如图2所示,为了实现数字显示的目的,线 横梁发生倾斜,则位置检测器产生不平衡信号,圈中的电流增值必须流经电阻转变为电压信 传给天平底部的一个内部检别电路.该电路即号,再经放大、滤波等信号处理后,进行模/(数 产生补偿电流流过线圈,并产生更大的电磁力,转换,电流模拟信号变换成数字信号后,再经 以维持天平的平衡.直到不平衡信号消失,天微机处理,最终在显示器上显示出质量值 控制信号 波}模/数变换微处理机显示器 放大 图2电磁力平衡式分析天平的输出信息处理框图 复旦大学物理系96级本科生 2 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
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物理实验第20卷第5期 概括来说,电磁力平衡式电子分析天平是结果如图4所示 把待测物的质量通过电磁力平衡原理变换为电 开始实验,将比重瓶放置在电子分析天平的 流检测,再经电流/电压变换、模/数转换和数托盘上,至稳定用时约2~3,而且稳定性很好, 字化运算处理,用数字显示待测物的质量值 显示示数不会漂移,读数方便,可以连续测量 2两种分析天平称衡物体质量的比较 1)用电光分析天平称衡 在室温为143℃时,用25ml的比重瓶装3659 33.65 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1min测一次,测量结果如图3所示 3电子分析天平的优点 33.6 33.6 从两种天平测量装满挥发性液体的比重瓶 33. 质量的结果,可以看出电子分析天平的优点: 1)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2~3s, t/min 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 开始实验,将比重瓶和砝码分别放置于天 2)有数据输出功能,可与计算机连接,利 平两端,因质量变化,需要操作约3~5min天用计算机在线测量. 平才趋于平衡.在天平平衡后仍会有微小的震 3)维修、校准非常简单 动,且在每次加减砝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. 4参考文献 2)用电子分析天平称衡 1 Kupper WE.从德克到吨范围的高精度质量测量 在同样条件下用电子分析天平称衡,测量 国外计量,1991(6) (2000-01-18收稿) ◆旧旧◆命命围命涂国Ⅲ冷小小命命命旧图◆Ⅲ中命Ⅲ小国小小争命命摄今命图命◆Ⅲ国命围 上接45页) 的干涉条纹中共同起作用,只是在不同条件下 不补偿即去掉补偿板时所拍到的干涉条纹.可影响程度不同、只要认真调节和仔细分析条纹 以看出某些干涉花样在实际调节过程中经常遇的变化趋势就可以较为顺利地进行实验.我们 只能减少它们的影响而不可能使之完全消除 4结论 5参考文献 点光源产生的非定域干涉条纹在实际的测1陈明飞等.非定域干涉条纹的几何分析.大学物理 量和观察中经常出现除同心圆以外的多样二次 实验,1998,11(4) 曲线,其产生的主要原因是反射镜M1,M2不2〔日久保田广著.波动光学.科学出版社,1983 严格垂直和光路补偿不完全,并且它们在具体 (1999-05-11收稿,1999-08-30收修改稿) 2 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
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