物体磁性对电子天平称量准确度的影响

　　[ 摘 要 ] 电子天平 (比较器) 进行砝码的量值传递和样品的分析，但人们对被测物体含有磁性对电子天平的影响还不甚了解，物体的磁性对日常的检测和分析工作造成的影响，在实际工作中没有被充分重视，从而直接影响电子天平的称量结果的准确性。本文就这个问题从理论和实践两个方面做了初步的研究和探讨。

　　随着国民经济的不断发展，科技水平的不断提高，电子天平的使用愈来愈多，在各行各业中得到普遍运用。特别是近年来使用电子天平 (比较器) 进行砝码的量值传递和样品的分析，但人们对被测物体含有磁性对电子天平的影响还不甚了解，在实际工作中没有被充分重视，从而直接影响电子天平的称量结果的准确性。

　　JJG99- 2006 《砝码检定规程》 首次将砝码的磁性检测纳入检测要求，这是一个突破。为何要增加这一检测项目?物体的磁性对日常的检测和化学分析工作有何影响?本文就这个问题从理论和实践两个方面做了初步的研究和探讨。

　　首先 JJG99- 2006 《砝码检定规程》 是这样解释：“在测量过程中磁力会产生负面的影响。这是由于这种力在质量测量中无法与重量相区别，磁力可以引起两个质量标准之间的相互作用，也可以引起质量标准或测量中使用的衡量仪器与周围相近的其它磁性物体之间的相互作用”。可以看出，磁力是在检测过程中影响真实质量的重要因素，带有磁性的物体会对衡量仪器产生影响，包括准确度、精确度和稳定性，从而也影响被测物体称量结果的准确性。目前，我国在砝码的量值传递和高精度化学分析所使用的衡量仪器基本都是使用电子天平或质量比较仪，而这些衡量仪器都利用电磁平衡原理制造的。

　　电磁力天平的工作原理：

　　砝码加载在称盘上使得杠杆偏离零位，零位指示器受力位置降低,阻断了指向光电池的光束。光电池触发天平提供电流到力线圈将零位指示器升高恢复到原来的位置，使得光电池可以探测到光线。天平准确地测量升高零位指示器使用的电流量并将其转化为数值信号 (A/D 转换) 显示出砝码的质量。

　　那么为何电磁平衡原理制造的衡量仪器 (以下简称电子天平) 测量带有磁性的物体会对称量结果产生不良的影响，这就要分析“磁”。我们知道带有磁性的材料的磁现象都起源于材料内部原子的核外电子运动形成的微电流，这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样宏观磁特性。另外还要了解一个物理量“磁钜”，磁钜是描述截流线圈和微观粒子磁性的，电子具有轨道磁钜和自旋磁钜，原子核、质子、中子和其他基本粒子也都有自旋磁钜。分子的磁钜就是电子轨道磁钜及电子和核的自旋磁钜构成的，磁介质的磁化就是外磁场对分子磁钜作用的结果。也就是在电子天平称量过程中影响电磁力平衡，对称量结果产生影响。

　　在日常的测量和化学分析中，我们不可能对所有被测物体是否带有磁性了如指掌，也不可能对每个样品都先进行磁性检测后再测量物体质量的大小，为此如果有可以屏蔽磁性的电子天平用于日常工作中就可以较好的解决此问题。原理比较简单，在电子天平称盘的夹层中加有一些特殊的屏蔽装置，因为，磁性必须有闭环才能有效产生磁力，故通过一个装置可以不让磁性形成一个闭环即可。另外，使用后置式电磁力传感器的电子天平，并对传感器加以屏蔽也能基本解决对带有磁性物体称量的准确性和稳定性问题。

　　在做配比化学溶液进行分析时，大部分操作程序是先将容量瓶和磁棒去皮，再加溶液连同容量瓶放在磁力搅拌器将溶液搅拌均匀，称量获得溶液质量，这时不能取出磁棒，因为磁棒会带走部分溶液，这样配比溶液的称量就不准确，但是磁棒会产生磁场干扰称量结果，由于显示值稳定而不易被察觉，然而此时的天平会有很差的重复性，对被测溶液的不确定度贡献很大，从而导致被测溶液准确度不可靠。

　　我们通过两组实验进行对比 (同一台电子天平)，具体数据如下：第一组实验是含有磁棒和溶液的容量瓶在装有 屏 蔽 秤 盘 电 子 天 平 的 检 测 数 据 (型 号 ：XS6002)：

　　用贝赛尔公式得

　　第二组实验是含有磁棒和溶液的容量瓶在没有 屏 蔽 秤 盘 电 子 天 平 的 检 测 数 据 (型 号 ：XS6002)：

　　另外，在计量检测机构中，磁化率检测仪普及率较低，在量传过程中不能准确判断被测样品是否被磁化，而被磁化的砝码是否在称量过程中干扰电子天平的称量结果也不能准确判断，为此我们使1只 F2 等级、标称质量值 5000g 的砝码，磁化率：2.8、极化强度：120u0m，分别在上述电子天平上采用有屏蔽称盘和无屏蔽称盘各做了 10 次重复性实验，得到的结果：u=31mg(有屏蔽)和 u=86mg(无屏蔽)。

　　通过用不同物体(溶液、砝码)进行上述实验的数据表明，带有磁性的物体对电子天平的称量准确度有较大的不良影响，在日常检测和分析工作中应当引起充分的重视，以免造成不必要计量误差。