重力加速度对电子天平的影响及其补偿

摘要: 探讨重力加速度对电子天平准确度的影响是必要的。本文分析了重力加速度的变化因素以及重力加速度对电子天平的影响，提出重力加速度影响称重准确度的补偿方法，与同行共同探讨交流。

关键词：重力加速度；电子天平；影响；补偿

中图分类号： F416 文献标识码： A 文章编号：

电子天平是科研与生产中精密质量称量的计量工具, 过去使用的主要是机械双盘、单盘天平。随着现代电子技术的迅速发展, 电子天平不断完善, 逐步取代了机械天平。电子天平具有称量速度快、自动化程度高、智能化功能强等机械天平无可比拟的优越性。电子天平主要采用电磁力平衡传感器实现被测质量 y重力 y 电流信号的转换, 其测量结果与重力加速度密切相关。因此, 电子天平必须根据天平的使用地点实施重力加速度补偿。本文全面分析了重力加速度的各种影响因素,从而为电子分析天平的重力加速度补偿提供了理论依据。

一、电子天平的性能指标

电子天平的四个性能指标是指电子天平示值的不变性、电子天平的正确性、电子天平的灵敏性、电子天平的稳定性。

（一）电子天平示值的不变性

电子天平示值的不变性，是指天平在相同条件下，多次测定同一物体，所得测定结果的一致程度。对于电子天平，依然有天平示值的不变性，比如对电子天平重复性，再现性的控制，对电子天平零位及回零误差的控制，对电子天平空载或加载时，电子天平在规定时间的电子天平示值漂移的控制。

（二）电子天平的正确性

电子天平的正确性，就是天平示值的正确性，它表示天平示值接近真值的能力；从误差角度来看，天平的正确性，就是反映天平示值的系统误差大小的程度。

（三）电子天平的灵敏性

电子天平的灵敏性，就是天平能觉察出放在天平衡量盘上的物体质量改变量的能力。电子天平的灵敏性，可以通过角灵敏度，或线灵敏度，或分度灵敏度，或数字(分度)灵敏度来表示。对于电子天平，主要是通过分度灵敏度，或数字灵敏度来表示的。天平能觉察出来的质量改变量越小，则说明天平越灵敏，可见对于电子天平来说，天平的灵敏度依然是判定天平优劣的重要性能之一。

二、重力加速度及其变化因素

（一）重力加速度

重力加速度是一个物理词汇，指地面附近物体受地球引力作用在真空中下落的加速度，物体的下落加速度是由地心引力和地球自转引起的离心力的合力产生的，地球重力加速度是垂直于大地水准面的。重力加速度值的大小受所处纬度不同而发生变化，各种衡器有不同的稳重原理，在不同地区重力加速度值不同的影响下，衡器使用时产生的误差也不同。

（二）重力加速度的变化因素

人们常用的重力加速度实际是标准重力加速度, 它是在北纬 45度海平面处的重力加速度的惯用值。事实上, 重力加速度并非常量, 它随着电子天平使用地点的变化而不同。重力加速度的这种变化对于质量称量、加速度测量、火箭飞行弹道计算、人造卫星发射等都存在较大的影响, 必须引起重视。影响重力加速度的因素主要有以下几个方面：

1、地球纬度的影响

地球的旋转使其表面发生变形, 赤道膨大, 两极变平。因此, 在地球的不同纬度处, 由于地球引力、惯性离心力的大小及其夹角不同, 致使重力加速度g 的大小随纬度变化。因地球纬度变化造成的电子分析天平的称量相对误差可达 016% 以上，因地球纬度变化造成的称量误差最大可达112237g。

2、海拔高度的影响

地球表面崎岖不平,不同海拔高度的g值不尽相同, 垂直高度越高,g 值越小。g 值随海拔高度增加而减小的数量级约( 10mps) Pm。在同一纬度, 因为海拔高度不同可以给电子分析天平造成 012% 以上的相对误差。

3、地球内部的影响

不同地区地壳密度的不同、同一地区不同季节地下水的变化、地球内部物质在内外力作用下的运动变迁、地震引起的地下物质的重新分布等,都会导致g 值改变。上述影响对称量范围为200g的电子天平造成的误差约为010001g 数量级。对于感量为0100001g的微量电子天平,其影响不可忽略。

二、重力加速度对电子天平的影响

根据力学原理可把称重分为利用力的动力效应称重和利用力的静力效应称重。

动力效应称重

动力效应称重，也称为重力平衡法称重，就是利用已知物体在地球重力场中的重力加速度和量的大小来计量被称物体的质量。如机械杠杆秤、天平就是利用杠杆平衡原理进行计量。由杠杆平衡原理可知，m1×l1×g1=m2×l2×g2。 由于衡量物与被衡量物之间距离很近，重力加速度之间的差值可忽略不计，即 g1=g2，则m1=m2×l2/l1，由此可知，当杠杆平衡时，被衡量物的质量等于杠杆比与已知砝码质量的乘积，衡量结果是物体的质量，结果与重力加速度无关。

静力效应称重

静力效应称重，也称为重力变形法称重。就是利用物体在重力作用下弹性体产生变形或内应力的大小来测定重力的量值，如电子秤、弹簧秤就是利用重力变形法进行称重计量：当质量为 m 的重物放在与传感器连接在一起的托盘上时在重力 mg 的作用下，传感器弹性体发生了弯曲变形，贴在弹性体上下两面的四个电阻应变也随着产生了拉伸或弯曲变形，使由 四个应变片组成的电桥失衡，输出一个电压ΔU。对于任意类型的电阻应变片传感器，其输出电压ΔU，均正比于外部作用力。电子天平是用重力来标定的，显示结果为重量，也反映了各地重力加速度值不同，会使同一台秤在两地之间的示值不同。衡量结果与重力加速度有关。

三、重力加速度影响的自动补偿方法

重力加速度随地不同, 电子天平必须具有随地、随时进行自校准与自补偿的功能。重力加速度变化对称量结果影响的处理方法主要有以下几种：

（一）利用电子衡器本身设计软件进行重力补偿

如某衡器厂生产的 ACS 系列电子计价秤可以直接输入使用地的重力加速度，由单片机自动处理后进行异地校准。

利用电子衡器本身设置一组二进数开关

通过改变开关的状态来改变放大倍数，对重力加速度变化带来的误差进行修正，也可用电位器进行调整。

生产厂家可以根据本地与电子秤使用地之间重力加速度的差值进行折算，这样就可消除重力加速度所带来的误差。

结语

本文全面分析了重力加速度的变化因素,为电子天平受重力加速度影响的误差研究提供了理论依据。并提供了补偿方法，取得了良好的效果。总之, 重力加速度变化对电子天平秤量的影响应引起生产厂家的高度重视,不断改进,以满足人们对电子天平准确度的需求。

参考文献：

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