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使用电子天平正确称量的关键性因素--物理影响

时间:2009-02-09 09:34来源:瑞士梅特勒 作者:梅特勒托利多 点击:
   

使用电子天平正确称量 的关键性因素--物理影响

如果称重显示屏不 定,则称重结果将按同一 向缓慢漂 移或者干脆显示错 值,这经常是由于不良物理 响所造 成的。

常见的原因为:

  • 称量样品的影响
  • 周围环境对天平的影响
  • 称量样品吸湿或挥发
  • 带有静电电荷的样品或容器
  • 磁性样品或容器
在下一章节中,我们将详细介绍这些影响与造成这些影响的因素以及纠正措施。

温度

temperature_problem.jpg问题

显示值单方向漂移。

可能原因

天平与电源连接的长度不足。
称重校品与周围环境之间存在温度梯度,导致沿称重容器出现气流。沿容器侧部流动的空气产生向上或向下力,从而导致称重结果错误。这种效应被称为动态浮力。这种效应在达到温度平衡之前不会消失。原理如下:冷性物体显示较重,暖性物体显示较轻。这种效应可导致多种问题出现,尤其是微量天平、半微量天平与超微量天平的称重结果出现差异。

可能原因

temperature_example.jpg天平通电时间不够。
样品与周围环境之间存在温度差异,导致顺沿称量容器出现气流。沿容器侧部流动的空气产生向上或向下力,从而导致称量结果错误。这种效应被称为动态浮力。这种效应在达到温度平衡之前不会消失。原理如下:冷性物体显示较重,暖性物体显示较轻。这种效应可导致多种问题出现,尤其会导致微量天平、半微量天平与超微量天平的称量结果出现差异。

示例

您可通过以下实验测试动态浮力:称量一只锥形或类似烧瓶,并记录质量。将这只烧瓶握在手中约一分钟,然后再次称量。由于烧瓶的温度升高并且出现温度差异,因此烧瓶的称量结果的显示值较原来轻。
(您手部的汗液与此效应没有关系。否则应得到较重的称量结果)。
纠正措施

  • 从干燥炉或冰箱中取出的样品请勿直接称量
  • 样品温度与实验室或称量室温度一致
  • 使用镊子夹取去皮容器
  • 不得将手放入称量室中
  • 选择表面面积小的去皮容器

吸湿/蒸发

问题

moisture_problem.jpg 显示值单方向持续漂移。

可能原因

您测量的是挥发性物质的损耗质量(如:水的蒸发)或者是吸湿样品的增加质量(大气增湿)。

示例

您可以使用酒精或者硅胶复制此效应。

纠正措施

moisture_measures.jpg 使用洁净并且干燥的去皮容器,并且避免秤盘积聚灰尘或水滴。使用具有窄颈的容器并且安装盖子或塞子。对于具有圆形底座的烧瓶,不要使用软木塞或者纸板。这会增加或者损耗大量水分。在此方面,三角形金属支架或者XP/XS系列天平的’易巧称量组件”可适用。

静电

electrostatics_measures.jpg问题

每次称量显示不同的称量结果。显示值不稳定。称量结果的重复性差。

可能原因

去皮容器或者样品已带有静电。玻璃、塑料、粉末或者颗粒物质等低电导率材料无法或者仅可以非常缓慢地(若干小时)将静电电荷排除。这种放电现象主要是在搬运或者运输容器或材料过程中通过搅拌或者摩擦产生的。低于 40 % 相对湿度的干燥空气会增加出现这种问题的风险。
称量误差通过作用于样品与环境之间的静电力而产生。微量天平、半微量天平和分析天平工作时受到静电电荷影响,引发上述误差。

示例

由毛绒轻微摩擦的干净玻璃或塑料容器非常明显地显示出了这种效应。


纠正措施

  • ergoclip_basket.jpg增加大气湿度
  • 静电放电是冬季在供暖房间内所出现的尤为明显的一种问题。在带有空调的房间内,通过设置空调从而增加湿度(相对湿度为 45 % 至 60 %)会有所帮助。
  • 屏蔽静电力 将去皮容器放在金属容器内。
  • 使用其他去皮容器 塑料与玻璃宜产生静电,因此不适合。金属是较好的材料。
  • 使用去静电装置。不过,这些市面有售的产品并非在所有情况下均有效。
  • 使用梅特勒-托利多所提供的各种去静电装置。

注:天平,包括秤盘需始终接地。所有梅特勒-托利多出品的带有三针脚电源插头的天平均自动接地。

 提示:’易巧组件”去皮容器支架具有优异的消除静电的功能,因此可有效防止试管与烧杯出现上述问题

磁性

magnetism.jpg问题

样品的质量取决于其在秤盘上的位置。称量结果的重复性差。不过显示值一直保持稳定。
 

可能原因

您正在称量一个磁性材料。磁性与磁导物体施加互相吸引力。所产生的其他力被错误解释为载荷。几乎所有由铁(钢)制成的物体对磁力高度导磁(铁磁)。

纠正措施
ergoclip_flask.jpg如果可能,将样品放置在由Mu磁性合金薄膜等物质制成的容器中消除磁力。由于磁力随着距离的增加而减小,因此可通过使用一个非磁性支架(如:烧杯、铝质支架)将样品进一步远离秤盘。可通过使用一个挂钩实现相同效应。这种’挂钩天平”设置为大多数梅特勒-托利多微量天平、半微量天平、分析天平与精密天平的标准内置设置。梅特勒-托利多尽可能地使用非磁性材料将这种效应减小至最低程度。
提示:如想使用精密天平测量具有平常的和较大尺寸的磁铁时,我们建议您使用MPS抗磁性秤盘。对于分析天平而言,我们建议使用一个三角形支架,这将增加磁铁与秤盘的间距。对于XP/XS天平而言,我们提供用于此目的的专用’易巧称量组件”。    

静态浮力
 

效应

buoyancy.jpg在空气与真空中进行称量的样品并非具有相同的质量。
 

原因:

’物体所减少的质量等于其所取代介质的质量”(阿基米德原理)。这一原理解释了之所以船只漂浮,气球升空以及样品质量受大气压力影响的原因。

示例

然后如果我们使用一个钟形玻璃罩将杠杆式天平封闭,并且在其内部生成真空,则杠杆将会向水的一侧倾斜,这是因为由于体积较大,水将替换较多的空气,因此经受较大的浮力。在真空中,不存在任何浮力。因此在真空中,右侧的水质量超过100克。


 

data1.gif
 


 

buoyancy_example.jpg纠正措施
 

使用密度为 8.0 g/cm3 的标准砝码调节天平的示值误差。在称量具有不同密度的样品时,将出现空气浮力误差。在进行要求高度测量精确性的称量时,应当校正相应的显示质量。

确定称量样品的质量的程序:

formula1.gif
 


 

  1. 计算空气密度

    PhysInf1_zh.gif
    buoyancy_measures.jpg
  2. 确定样品的质量(修正空气浮力) formula2.gif

    PhysInf2_zh.gif

示例

天平显示值 200.000 g
大气压力 1018 hPa
相对大气湿度 70 %
温度 20 ℃
样品的密度 2600 kg/m3


 

formula3.gif

重力

gravitation.jpg效应

当称量的高度发生改变时,显示的称量值不同。例如,当称量时高度增加10 米时(例如:从建筑物的一楼移至四楼),显示值将发生改变。
 

原因

如想确定物体的质量,天平测量位于地球与样品之间的质量的作用力(即:吸引力,又称重力)。此力主要取决于位置的纬度和海拔高度(与地球中心的距离)。

gravitation1.jpg定理如下:
 

  1. 质量距离地心越远,则作用于其之上的重力越小。质量随着距离的增加而减小。formula4.gif
     
  2. 位置距离赤道越近,则因地球自转而产生的离心加速度越大。离心加速度抵消吸引力(重力)。
    两极距离赤道最远,最接近地心。因此在两极,对质量的作用力最大。
     

示例

如果 200 克的质量在一楼准确显示为 200.00000 克,则在四楼
(高出 10 米)的质量为:

formula5.gif
 


纠正措施

任何时候当移动或首次使用天平之前,应调节天平水平并对其进行调准。

 提示:带有内置FACT全自动校准技术的天平自动执行此项校准。’FACT”是梅特勒-托利多的XP/XS天平的标准配置
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