奧豪斯

一、探秘“最小稱(chēng)量值”的那些事

作為在實(shí)驗(yàn)室中最常用的稱(chēng)量工具之一，電子天平的出鏡率，尤其是在制藥行業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)中扮演著不可或缺的角色。在整個(gè)藥品實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的稱(chēng)量結(jié)果十分重要，直接影響到研發(fā)成果的可靠性和最終產(chǎn)品的品質(zhì)，而當(dāng)中最為關(guān)鍵的就是和精密稱(chēng)定息息相關(guān)的天平“最小稱(chēng)量值”的問(wèn)題。

（一）關(guān)于“最小稱(chēng)量值”的盲點(diǎn)

關(guān)于電子天平的“最小稱(chēng)量值”，因?yàn)樯婕暗铰晕⒒逎乃幍湟?guī)則和比較專(zhuān)業(yè)的計(jì)算公式，所以目前存在著一個(gè)不容忽視的現(xiàn)實(shí)，即使是擁有多年天平銷(xiāo)售經(jīng)驗(yàn)的廣大的銷(xiāo)售人員或者經(jīng)銷(xiāo)商朋友，由于對(duì)天平的專(zhuān)業(yè)知識(shí)存在著多多少少的盲點(diǎn)，因此難免會(huì)對(duì)此問(wèn)題產(chǎn)生誤區(qū)。

根據(jù)美國(guó)藥典的規(guī)定，如果需要用分析天平地稱(chēng)量物質(zhì)，則必須符合美國(guó)藥典通則41的要求，即所稱(chēng)量物品的質(zhì)量不能小于某個(gè)最小稱(chēng)量值。一款電子天平稱(chēng)量范圍為0～220g，它的可讀性為0.01mg，那么可以用這個(gè)天平來(lái)稱(chēng)量10mg的藥樣嗎？當(dāng)場(chǎng)有許多經(jīng)銷(xiāo)商想當(dāng)然地給出了肯定的答案——既然天平的可讀性為0.01mg，10mg的樣品肯定可以稱(chēng)量了，就算是1或2mg的樣品，稱(chēng)量應(yīng)該也是沒(méi)有問(wèn)題的。大家討論了一陣，工程師笑著給出了答案：“你們的回答是錯(cuò)誤的！”很顯然大家都誤把最小稱(chēng)量值當(dāng)成可讀性了。那么到底該怎樣計(jì)算天平的最小稱(chēng)量值呢？

（二）如何定義和計(jì)算“最小稱(chēng)量值”

最小稱(chēng)量值，也稱(chēng)樣本最小凈重量，在美國(guó)藥典通則1251中有明確的定義，它描述了在要求的稱(chēng)量度的前提下，可以接受的樣品量下限。為了滿(mǎn)足要求的稱(chēng)量度，當(dāng)樣本被稱(chēng)量時(shí)，試樣質(zhì)量（如凈重量）必須等同或者大于最小稱(chēng)量值。最小稱(chēng)量值只適用于樣本凈重量，皮重或毛重除外。它可通過(guò)以下公式表示：mmin=K×SRP/U

這里k是擴(kuò)展因子（通?！?），SRP是測(cè)試砝碼不少于10次重復(fù)稱(chēng)量值的標(biāo)準(zhǔn)差（比如以毫克為單位），且SRP隨不同的環(huán)境，所測(cè)算的具體值也不同，U是要求的稱(chēng)量度。其中中國(guó)藥典規(guī)定，“精密稱(chēng)定”時(shí)U取0.10%，“稱(chēng)定”時(shí)U取1%。

對(duì)那些必須精密稱(chēng)定的物料，美國(guó)藥典通則41做了如下規(guī)定：如果重量值標(biāo)準(zhǔn)差的2倍除以砝碼值，結(jié)果不超過(guò)0.10%，那么重復(fù)性則是符合要求的。在這個(gè)條件下，以上公式可簡(jiǎn)化為：mmin=2000×SRP。如果得到的重復(fù)性小于0.41d，這里d是顯示分度值（規(guī)定為0.01mg），則用0.41d代替。在這個(gè)條件下，以上公式可簡(jiǎn)化為mmin=820d。

（三）如何利用4Q認(rèn)證正確地選擇和使用合適的天平

聽(tīng)了這么多關(guān)于最小稱(chēng)量值的科普介紹，想必大家心中都已經(jīng)有了概念了，那么在此基礎(chǔ)之上，我們?cè)撊绾握_地選擇和使用天平呢？其實(shí)，針對(duì)電子天平最廣泛運(yùn)用的制藥行業(yè)，《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》（GMP）規(guī)定，藥品生產(chǎn)驗(yàn)證應(yīng)包括廠房、設(shè)施及設(shè)備設(shè)計(jì)確認(rèn)、安裝確認(rèn)、運(yùn)行確認(rèn)、性能確認(rèn)，即4Q認(rèn)證，其中設(shè)備驗(yàn)證的主要程序?yàn)椋?/p>

藥品安全關(guān)系人命安危，如若4Q認(rèn)證未通過(guò)，則不能滿(mǎn)足GMP的強(qiáng)制性認(rèn)證規(guī)定，從而影響藥品生產(chǎn)安全，繼而帶來(lái)安全隱患。反觀到天平的選用上，4Q認(rèn)證細(xì)化了天平的選用法則，而其中最小稱(chēng)量值在運(yùn)行確認(rèn)（OQ）部分中有被明確提到：

A.設(shè)計(jì)確認(rèn)（DQ）

——根據(jù)細(xì)化客戶(hù)的稱(chēng)量需求來(lái)選擇合適的天平參數(shù);

B.安裝確認(rèn)（IQ）

——驗(yàn)證產(chǎn)品的運(yùn)輸、拆箱、初次安裝;

C.運(yùn)行確認(rèn)（OQ）

——天平的各項(xiàng)功能檢查，如按鍵、自動(dòng)門(mén);

——測(cè)試四角、線(xiàn)性、重復(fù)性;

——計(jì)算最小稱(chēng)量值;

D.性能確認(rèn)（PQ）

——驗(yàn)證產(chǎn)品符合設(shè)定的規(guī)格指標(biāo);

——用戶(hù)需要制定標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程;

——建議經(jīng)培訓(xùn)的技術(shù)服務(wù)人員做周期性的功能和性能測(cè)試。

天平的性能取決于它安裝的設(shè)施環(huán)境，最小稱(chēng)量值重復(fù)性的計(jì)算必須隨天平在使用場(chǎng)所被完好安裝（安裝確認(rèn)）和運(yùn)行許可（運(yùn)行確認(rèn)）后的性能確認(rèn)中得出結(jié)果，且重復(fù)性決定了電子天平的最小稱(chēng)量值。所以大家在選擇購(gòu)買(mǎi)天平的時(shí)候，不可一葉障目不見(jiàn)泰山，要結(jié)合天平的可讀性和自己稱(chēng)量樣品的最小值來(lái)選擇對(duì)應(yīng)的電子天平的重復(fù)性。

二、不容忽視的“水平調(diào)節(jié)”

在上面關(guān)于電子天平知識(shí)中，針對(duì)不太好懂的“最小稱(chēng)量值”的問(wèn)題做了通俗易懂而又細(xì)致的說(shuō)明。為了保證電子天平的準(zhǔn)確稱(chēng)量，如何對(duì)其進(jìn)行正確調(diào)節(jié)、校準(zhǔn)和使用都是關(guān)鍵性問(wèn)題，而“水平調(diào)節(jié)”則是稱(chēng)量前準(zhǔn)備工作中極其重要的一步，也是保證準(zhǔn)確稱(chēng)量的初始前提。

（一）為什么要進(jìn)行“水平調(diào)節(jié)”？

作為一種精度高、響應(yīng)快、讀數(shù)方便的精密稱(chēng)重儀器，電子天平對(duì)使用環(huán)境的要求極為苛刻。為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確稱(chēng)量，在理想情況下，所測(cè)物體的重力要完全垂直于天平傳感器杠桿，而在實(shí)際稱(chēng)量過(guò)程中會(huì)由于擺放位置不平而產(chǎn)生稱(chēng)量誤差，稱(chēng)量精度越高誤差就越大。這是因?yàn)樵诓凰降臓顟B(tài)下，重力和傳感器產(chǎn)生了夾角，從而產(chǎn)生分力，帶來(lái)稱(chēng)量誤差。電子天平有個(gè)傾斜狀態(tài)下的誤差標(biāo)準(zhǔn)，而超過(guò)一定的斜度就會(huì)影響到稱(chēng)量結(jié)果的準(zhǔn)確性了。為了減少稱(chēng)量誤差，使用天平前做好水平調(diào)節(jié)則成為了稱(chēng)量準(zhǔn)備工作中不可或缺的一環(huán)。

（二）“水平調(diào)節(jié)”兩步走

電子天平一般有兩個(gè)或四個(gè)水平調(diào)腳。只需旋轉(zhuǎn)這些水平調(diào)腳，就可以調(diào)整水平。電子天平前部或后部有一個(gè)水平泡，其必須位于黑線(xiàn)圈的中央，否則稱(chēng)量會(huì)不準(zhǔn)確。調(diào)好之后，應(yīng)盡量不要搬動(dòng)，否則水平泡可能會(huì)發(fā)生偏移，則需要重新調(diào)整。

第一步：先把水泡調(diào)到水平泡黑圈的中央線(xiàn)：?jiǎn)为?dú)旋轉(zhuǎn)一個(gè)左邊或右邊的調(diào)平水平調(diào)腳，即調(diào)整天平的傾斜度，可以將水平泡調(diào)至中央線(xiàn)。對(duì)于初次使用天平的用戶(hù)而言，判斷調(diào)整哪一個(gè)調(diào)平水平調(diào)腳是問(wèn)題的關(guān)鍵。有一種簡(jiǎn)單的判斷方法，先手動(dòng)略微傾斜天平，使水平泡達(dá)到中央線(xiàn)，然后看左右兩側(cè)調(diào)平水平調(diào)腳的高低，調(diào)整其中一個(gè)的高矮，就可以使水平泡保持在中央線(xiàn)。小編在這里建議，水平泡達(dá)到中央線(xiàn)之后，才能進(jìn)行下一個(gè)步驟。

第二步：保持水泡在中央線(xiàn)移動(dòng)，最終到達(dá)黑圈中央：同時(shí)旋轉(zhuǎn)前部或后部的兩個(gè)調(diào)平水平調(diào)腳，切記兩手幅度必須一致，且都須同時(shí)順時(shí)針或逆時(shí)針，則天平傾斜度保持不變，讓水平泡沿著中央線(xiàn)移動(dòng)，最終到達(dá)黑圈的中央。如果兩手幅度不一致，水平泡就會(huì)偏移中央線(xiàn)。一旦偏移，則需從第一步重新開(kāi)始。熟練的操作人員一般1～2分鐘就可以調(diào)平一個(gè)電子天平的水平泡。

注意：以上水平調(diào)節(jié)的方法對(duì)具有兩個(gè)或四個(gè)水平調(diào)腳的天平均適用，而主要的區(qū)別是四個(gè)水平調(diào)腳的天平由于參與調(diào)節(jié)的旋鈕多，因此相比前者調(diào)節(jié)起來(lái)更加靈活和快速。

小貼士

A.水平泡與水平調(diào)腳的關(guān)系

水平泡偏向哪一側(cè)，說(shuō)明那一側(cè)偏高，應(yīng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)水平調(diào)腳使其降低。水平調(diào)腳旋轉(zhuǎn)規(guī)則為：順時(shí)針——升高;逆時(shí)針——降低。

B.雙手調(diào)節(jié)手法

雙手同時(shí)旋轉(zhuǎn)調(diào)平水平調(diào)腳，一只手向胸前，一只手向胸外，方向相反。

C.準(zhǔn)備工作的順序

在電子天平通電之前，我們必須要將其調(diào)至水平。當(dāng)水平泡被調(diào)節(jié)到圓心中間位置時(shí)，就可以通電預(yù)熱了。不要忘了新天平要預(yù)熱至少1小時(shí)以上。

三、大有講究的“校準(zhǔn)”術(shù)

在上面電子天平水平調(diào)節(jié)中，主要針對(duì)水平調(diào)節(jié)的必要性、原理、以及調(diào)節(jié)方法等方面進(jìn)行了詳細(xì)的梳理和通俗易懂的闡述，下面將搬上天平的前期準(zhǔn)備工作中最重要也是最有講究的一環(huán)——校準(zhǔn)，那么在天平的校準(zhǔn)中，又有哪些值得關(guān)注的點(diǎn)呢？

（一）老司機(jī)也難免會(huì)混淆的微妙概念

早在中學(xué)物理課本里，我們就學(xué)過(guò)物體的重量G=mg（m為物體的質(zhì)量，g為重力加速度），對(duì)于同一個(gè)物體，無(wú)論把它放置在地球上的任一位置，它的質(zhì)量都是不會(huì)發(fā)生變化的。然而，重力加速度g的值在地球上的不同地方是會(huì)有微小差異的，因此同一物體在不同地方的重量是不相同的。而電子天平則是采用電磁力與被測(cè)物體的重力相平衡的原理來(lái)測(cè)量物體的重量，并經(jīng)過(guò)內(nèi)部程序計(jì)算和顯示出物體的質(zhì)量，這與托盤(pán)天平的稱(chēng)量原理是不同的，所以就會(huì)出現(xiàn)同一臺(tái)電子天平在不同地方稱(chēng)量同一個(gè)物體會(huì)顯示不同的質(zhì)量結(jié)果。此外，諸如溫度、濕度等環(huán)境因素也會(huì)影響電子天平的傳感器，導(dǎo)致稱(chēng)量結(jié)果的誤差。

為了避免不確定因素帶來(lái)的不良影響，就需要在使用電子天平之前進(jìn)行校準(zhǔn)，并在使用周期中進(jìn)行定期的校準(zhǔn)，特別是在對(duì)稱(chēng)量結(jié)果準(zhǔn)確度和精確度敏感的應(yīng)用中。校準(zhǔn)（Calibration），是通過(guò)一組稱(chēng)量活動(dòng)，來(lái)檢測(cè)天平的各項(xiàng)計(jì)量性能，包括誤差和不確定度的分析等。作為一種良好的稱(chēng)量習(xí)慣，校準(zhǔn)能夠有效地保證稱(chēng)量的可靠性。通過(guò)校準(zhǔn)，能夠檢測(cè)出天平的工作性能，避免物料浪費(fèi)、返工、過(guò)渡使用后的產(chǎn)品召回，定期校準(zhǔn)并執(zhí)行日常測(cè)試是降低相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的最佳方法。

然而，對(duì)于一字之差的“校正”，含義卻有微妙的差別。校正（Adjustment），又稱(chēng)標(biāo)定，是在測(cè)量系統(tǒng)中進(jìn)行的一組操作，提供與將要測(cè)量的數(shù)量的給定值一致的規(guī)定指示。天平在投入使用前、工作一段時(shí)間以后、或者變更位置后，都需要進(jìn)行校正，以消除重力加速度、環(huán)境干擾因素等導(dǎo)致的稱(chēng)量誤差。通常，需要使用高精度的標(biāo)準(zhǔn)砝碼來(lái)對(duì)天平進(jìn)行量程校正。綜上所述，通過(guò)定期的校準(zhǔn)和校正，可以減少天平的稱(chēng)量誤差，并且對(duì)天平的計(jì)量性能有一個(gè)全面的把握，確保稱(chēng)量結(jié)果滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)的要求。

在日常工作中，大家往往比較容易混淆“校準(zhǔn)”和“校正”的概念，對(duì)于這種嚴(yán)格意義上微妙差別，習(xí)慣上大家會(huì)有一定程度的通用性，校正也可以被認(rèn)為是狹義上的校準(zhǔn)，本文接下來(lái)的內(nèi)容主要是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行討論。

（二）走近極致考究的校準(zhǔn)術(shù)

A.關(guān)于砝碼的學(xué)問(wèn)

談到校準(zhǔn)，起到至關(guān)重要作用的就是砝碼。砝碼是具有一定物理特性和計(jì)量特性且能夠復(fù)現(xiàn)質(zhì)量值的一種實(shí)物量具，關(guān)于其形狀、尺寸、材料、表面狀況、密度、磁性、質(zhì)量標(biāo)稱(chēng)值、最大允許誤差等指標(biāo)都有非常嚴(yán)格的規(guī)定。作為標(biāo)定、校驗(yàn)衡器的最普遍也是最重要的工具，國(guó)際法制計(jì)量組織（OIML）對(duì)砝碼進(jìn)行了明確的等級(jí)劃分，共分為9個(gè)等級(jí)：E1、E2、F1、F2、M1、M1–2、M2、M2–3、M3，等是按照不確定度來(lái)分，等砝碼有修正值;級(jí)是按照示值誤差來(lái)分，級(jí)砝碼沒(méi)有修正值，只要其示值誤差在此范圍內(nèi)都是認(rèn)為合格的。在砝碼的眾多指標(biāo)當(dāng)中，和校準(zhǔn)關(guān)聯(lián)度最高的就是最大允許誤差（MPE）了，國(guó)際相關(guān)法規(guī)條款對(duì)各個(gè)等級(jí)的砝碼的MPE有明確的規(guī)定，以下表格是對(duì)電子天平所常用質(zhì)量標(biāo)稱(chēng)值砝碼MPE的說(shuō)明（誤差值以毫克為單位）：

從上圖可看出，在相同質(zhì)量標(biāo)稱(chēng)值的情況下，MPE的大小跟砝碼等級(jí)的高低成反比;在相同砝碼等級(jí)的情況下，MPE的大小跟質(zhì)量標(biāo)稱(chēng)值的大小成正比。

同時(shí)，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定里，根據(jù)檢定分度值e和檢定分度數(shù)n將電子天平分為四個(gè)準(zhǔn)確度級(jí)別，由高到低依次為特種Ⅰ、高Ⅱ、中Ⅲ、普通Ⅳ準(zhǔn)確度級(jí)。結(jié)合砝碼MPE的變化趨勢(shì)可得出，準(zhǔn)確度越高的天平需要用越高等級(jí)的砝碼進(jìn)行校準(zhǔn)，這樣校準(zhǔn)天平的數(shù)據(jù)就越精準(zhǔn)。比如十萬(wàn)分之一和萬(wàn)分之一天平應(yīng)選用E級(jí)系列砝碼校準(zhǔn)，千分之一天平應(yīng)選用E2或F1級(jí)砝碼進(jìn)行校準(zhǔn)，以此類(lèi)推。

B.校準(zhǔn)的分類(lèi)

從校準(zhǔn)的用途上來(lái)講分為“量程校準(zhǔn)”和“線(xiàn)性校準(zhǔn)”，在制造和維修過(guò)程中需要結(jié)合兩種校準(zhǔn)方式共同實(shí)施，而日常使用過(guò)程一般只需做量程校準(zhǔn)。

量程校準(zhǔn)主要是在當(dāng)前稱(chēng)量環(huán)境下對(duì)天平進(jìn)行賦值，通過(guò)稱(chēng)量一個(gè)已知質(zhì)量的砝碼，來(lái)獲得實(shí)際值和顯示值之間的比例關(guān)系，作為以后稱(chēng)量顯示值計(jì)算的系數(shù)，目的是消除不同緯度及海拔高度對(duì)稱(chēng)量結(jié)果的影響、環(huán)境溫度變化對(duì)稱(chēng)量結(jié)果的影響，以及天平使用一段時(shí)間后積累的誤差。通常，量程校準(zhǔn)采用比較簡(jiǎn)單的兩點(diǎn)校準(zhǔn)法，第一個(gè)點(diǎn)為零點(diǎn)，第二個(gè)點(diǎn)為天平的最大量程，日常操作起來(lái)比較容易，能夠使天平快速適應(yīng)當(dāng)前的稱(chēng)量環(huán)境，保證整個(gè)量程范圍內(nèi)的稱(chēng)量準(zhǔn)確，是實(shí)驗(yàn)室工作人員一種普遍的校準(zhǔn)方法。

線(xiàn)性校準(zhǔn)主要是通過(guò)對(duì)全量程范圍內(nèi)的多個(gè)點(diǎn)的稱(chēng)量結(jié)果的線(xiàn)性化來(lái)消除誤差，使得顯示稱(chēng)量結(jié)果與參考質(zhì)量的比例接近相同。一般來(lái)說(shuō)是在3個(gè)點(diǎn)設(shè)置電子天平，即零點(diǎn)、半量程和最大量程。天平經(jīng)過(guò)線(xiàn)性校準(zhǔn)后，其全量程線(xiàn)性誤差通常表現(xiàn)為S型，即在零點(diǎn)、半量程、滿(mǎn)量程3個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)誤差很小，在1/4，3/4滿(mǎn)量程點(diǎn)誤差相對(duì)較大。為獲得更好的線(xiàn)性，可以采取多點(diǎn)修正的方式，比如制造過(guò)程中往往采用更科學(xué)的5點(diǎn)線(xiàn)性法。當(dāng)然數(shù)學(xué)修正只是輔助的，天平的示值誤差還是取決于其本身的真實(shí)性能。

以上兩圖描述了電子天平在實(shí)際載荷m和稱(chēng)量示值W之間的線(xiàn)性關(guān)系，左圖的直線(xiàn)為理想線(xiàn)性特征曲線(xiàn)，右圖為實(shí)測(cè)曲線(xiàn)（非線(xiàn)性曲線(xiàn)）與理想直線(xiàn)的對(duì)比，其中非線(xiàn)性就是指不按比例、不成直線(xiàn)的關(guān)系，且函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)不為常數(shù)。m0處的NL為稱(chēng)量示值與實(shí)際負(fù)載間的非線(xiàn)性誤差。在天平的稱(chēng)量規(guī)格說(shuō)明書(shū)中，線(xiàn)性通常表述為在不斷增加負(fù)載的測(cè)試中得到的最大誤差值（以克為質(zhì)量單位），誤差值越小，說(shuō)明線(xiàn)性度越高，稱(chēng)量越準(zhǔn)確。

由于線(xiàn)性校準(zhǔn)采用的是分段誤差比較，節(jié)點(diǎn)越多，非線(xiàn)性誤差就越小，實(shí)測(cè)曲線(xiàn)就越接近于理想的擬合直線(xiàn)，因此線(xiàn)性校準(zhǔn)是保證每一個(gè)稱(chēng)量范圍都做到最大程度的準(zhǔn)確，從而對(duì)校準(zhǔn)的條件會(huì)有更加嚴(yán)格的要求。通常，線(xiàn)性校準(zhǔn)過(guò)程在恒溫恒濕的環(huán)境下，由機(jī)械手自動(dòng)完成。校準(zhǔn)時(shí)需準(zhǔn)備相應(yīng)的多個(gè)砝碼，非專(zhuān)業(yè)人員嚴(yán)禁私自進(jìn)行操作，否則不能恢復(fù)原有程序，影響天平的正常使用。

綜上所述，量程校準(zhǔn)和線(xiàn)性校準(zhǔn)各有各自的特點(diǎn)和用途，將二者結(jié)合能夠有效提升校準(zhǔn)的質(zhì)量。

從校準(zhǔn)的方法上來(lái)講分為內(nèi)校和外校。內(nèi)校是指利用電子天平內(nèi)部安裝的校準(zhǔn)砝碼并遵循內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時(shí)只需按一下校準(zhǔn)鍵，電機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)帶內(nèi)置砝碼的升降裝置，對(duì)天平進(jìn)行加載，從而實(shí)施并完成校準(zhǔn)。

外校是指利用外部砝碼對(duì)天平本身誤差進(jìn)行修正的方式進(jìn)行校準(zhǔn)。事先需檢查外部砝碼是否通過(guò)檢定，并在檢定有效期內(nèi)，主要是為了確保砝碼滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)物量具的控制要求。開(kāi)始校準(zhǔn)時(shí)先按下校準(zhǔn)鍵，再通過(guò)手動(dòng)把指定量程的砝碼放到電子天平秤盤(pán)上，來(lái)完成校準(zhǔn)過(guò)程。

通常，外部砝碼可能會(huì)受到灰塵沾染、日常磨損和酸堿腐蝕等自然因素的不良影響，所以為了保證計(jì)量工作的準(zhǔn)確性，外部砝碼也需要定期進(jìn)行校準(zhǔn)，常常需有相關(guān)資質(zhì)的計(jì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)做測(cè)試;再加上人為拿錯(cuò)砝碼的可能性，因此外校型天平對(duì)人為操作的要求會(huì)更加苛刻。而內(nèi)置砝碼的天平一般不會(huì)出現(xiàn)這些情況，并可以通過(guò)修改天平的校正程序參數(shù)來(lái)修正偏差。綜上所述，內(nèi)校可以有效避免不確定因素所造成的誤差，相比外校是一種更加節(jié)約成本的方法。

無(wú)論是內(nèi)校還是外校，電子天平在使用之前都必須進(jìn)行預(yù)熱（萬(wàn)分之一位天平需要至少1個(gè)小時(shí)的預(yù)熱），其次進(jìn)行水平調(diào)節(jié)，之后就可以開(kāi)始進(jìn)行校準(zhǔn)了（以下步驟為傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法，具體不同品牌和型號(hào)的天平會(huì)有一定的差異）：

第一，確保秤盤(pán)上沒(méi)有稱(chēng)量物品時(shí)應(yīng)穩(wěn)定地顯示為零位。

第二，按“CAL”鍵，啟動(dòng)電子天平的校準(zhǔn)功能。

第三，內(nèi)校型天平的顯示器由“C”變成零位時(shí)，表示校準(zhǔn)結(jié)束;外校型天平的顯示器上首先顯示需要準(zhǔn)備的砝碼的質(zhì)量值，其次將與天平準(zhǔn)確度級(jí)別相對(duì)應(yīng)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)砝碼放在天平的秤盤(pán)上。當(dāng)屏幕顯示值不變時(shí)，取出砝碼，屏幕顯示“Done”之后說(shuō)明已經(jīng)完成校準(zhǔn)。

第四，如果在校準(zhǔn)中出現(xiàn)錯(cuò)誤，電子天平顯示器將顯示“Err”，或“Time out”，應(yīng)重新進(jìn)行校準(zhǔn)。

四、掌控稱(chēng)量的溫度“魔力”

上面我們主要針對(duì)電子天平的稱(chēng)量原理，校準(zhǔn)的定義及分類(lèi)，砝碼的基礎(chǔ)知識(shí)以及與天平度之間的關(guān)系等方面為大家做了科普式的講解，特別是在校準(zhǔn)的分類(lèi)方面進(jìn)行了詳細(xì)的梳理，想必大家一定對(duì)嚴(yán)謹(jǐn)而又考究的天平校準(zhǔn)技術(shù)留下了深刻的印象吧！其實(shí)在天平的稱(chēng)量中，還有一只無(wú)形的大手牢牢地掌控著稱(chēng)量的結(jié)果，這就是溫度。下面將為你展現(xiàn)這只大手到底有哪些奇妙的魔力！

（一）稱(chēng)量原理的問(wèn)題

在上面關(guān)于校準(zhǔn)的分享中，我們對(duì)電子天平的稱(chēng)量原理做了簡(jiǎn)要的介紹，同時(shí)也提到溫度、濕度等環(huán)境因素也會(huì)影響電子天平的傳感器，但至于是怎么影響的只是賣(mài)了個(gè)關(guān)子。那么今天我們就來(lái)走進(jìn)電子天平的傳感器內(nèi)部，來(lái)一起探究溫度是怎么影響稱(chēng)量的。

電子天平一般采用電磁力平衡傳感器，其稱(chēng)量原理如下圖所示：

電子天平在加載前，電磁力平衡傳感器處于初始平衡狀態(tài)。當(dāng)被測(cè)物置于稱(chēng)量盤(pán)后，立柱和遮光板在被測(cè)物重力的作用下向下移動(dòng)，光敏二級(jí)管D2檢測(cè)到發(fā)光二極管D1發(fā)出的光，并產(chǎn)生電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)I/V變換電路、PID調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)變成與被測(cè)物重量相對(duì)應(yīng)的電流并驅(qū)動(dòng)動(dòng)圈，在永磁體的磁場(chǎng)作用下，動(dòng)圈產(chǎn)生向上的電磁力，使遮光片向上移動(dòng)，D2輸出的電流信號(hào)減小，直至遮光片重新回到初始平衡位置，D2的輸出電流降為0。此時(shí)，動(dòng)圈產(chǎn)生的電磁力F與被測(cè)物重力相當(dāng)，即F=G=mg，其中m為被測(cè)物體的質(zhì)量，g為重力加速度。

同時(shí)，根據(jù)電磁力公式F=BLIsinθ，其中B為氣隙磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為動(dòng)圈（受力導(dǎo)線(xiàn)）的有效長(zhǎng)度，I為動(dòng)圈電流，θ為通電導(dǎo)體與磁場(chǎng)的夾角。由于傳感器中動(dòng)圈的規(guī)格尺寸已固定，所以其B和L均不再改變，而θ為90°，故sinθ=1，因此F的大小與I成對(duì)應(yīng)關(guān)系。綜合之前的描述，即得出m=BLI/g。

當(dāng)溫度恒定時(shí)，B和L是定值，g也是恒定值，則m與I成正比，通過(guò)檢測(cè)動(dòng)圈電流，就可以間接得到被測(cè)物體的質(zhì)量。當(dāng)環(huán)境溫度變化或過(guò)流元件發(fā)熱時(shí)，B和L均會(huì)發(fā)生改變，造成m與I不再成比例關(guān)系，使電子天平產(chǎn)生較大的非線(xiàn)性測(cè)量誤差。

值得一提的是，當(dāng)電子天平處于預(yù)熱階段時(shí)，隨著內(nèi)部溫度升高，磁感應(yīng)強(qiáng)度B會(huì)逐漸下降，同時(shí)I也會(huì)減小，這樣就導(dǎo)致電磁力F變小，天平失去平衡，因此示值會(huì)呈現(xiàn)正的單方向漂移。而天平只有經(jīng)過(guò)充分預(yù)熱，使磁鋼達(dá)到熱平衡，這一變化過(guò)程結(jié)束，天平才達(dá)到平衡，再利用去皮功能，使顯示置零，此時(shí)天平才處于真正的可使用狀態(tài)。

（二）操縱天平的無(wú)形之手

電子天平會(huì)根據(jù)所在的環(huán)境而發(fā)生變化的，正常情況下，不同度級(jí)別的天平對(duì)溫度范圍和溫度波動(dòng)度的要求各不相同，度級(jí)別越高，對(duì)環(huán)境溫度的要求就越苛刻。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，電子天平的正常工作條件需要滿(mǎn)足以下表格的具體要求：

溫度最主要的影響就是其變化會(huì)帶來(lái)熱脹冷縮，對(duì)電子天平就反映在傳感器中細(xì)小而又精密的部件之間間隙的改變，這些變化會(huì)被靈敏的天平記錄下來(lái)，從而影響讀數(shù)的性。如果沒(méi)有特定的工作溫度范圍，電子天平的正常溫度條件為10～30℃，計(jì)量性能應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)單次稱(chēng)量結(jié)果的示值誤差，以及多次稱(chēng)量或在不同位置稱(chēng)量的示值誤差（重復(fù)性和偏載）的相關(guān)規(guī)定。

溫度變化是影響電子天平稱(chēng)量結(jié)果性的重要因素之一，而實(shí)驗(yàn)室由于早晨和中午會(huì)有一定的溫差、以及電子天平設(shè)備發(fā)熱、人員流動(dòng)等原因，一天中最高溫度與最低溫度之間往往能夠達(dá)到10℃。這對(duì)天平的影響是顯而易見(jiàn)的，那么我們?nèi)绾巫霾拍芟郎囟葘?duì)稱(chēng)量結(jié)果的影響呢？首先，天平在使用過(guò)程中，要盡可能地處于一個(gè)溫度相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，當(dāng)天平所處的環(huán)境溫度有較大的變化時(shí)，天平的稱(chēng)量結(jié)果會(huì)發(fā)生漂移，比如從低溫的倉(cāng)庫(kù)移到溫暖的實(shí)驗(yàn)室，需要讓天平在使用環(huán)境中通電預(yù)熱一定的時(shí)間;其次，當(dāng)溫度變化超過(guò)一定范圍時(shí)，我們可以通過(guò)校準(zhǔn)將這種漂移消除。

通電時(shí)間的長(zhǎng)短能夠有效地避免溫度變化對(duì)天平的影響。一般來(lái)說(shuō)，天平的精度越高，需要預(yù)熱的時(shí)間越長(zhǎng)。在這里建議，十萬(wàn)分之一天平預(yù)熱時(shí)間在4小時(shí)以上，萬(wàn)分之一天平預(yù)熱時(shí)間在1小時(shí)以上。