實驗室稱量調研報告1工程信息工程信息：實驗室稱量2背景隨著科學技術的不斷開展,天平儀器的原理及其結構發生了很大變化.它廣泛地應用微電子技術、計算機技術,使天平儀器逐步向智能化開展.電子天平的拓展可謂異軍突起,它的功能、用途遠遠地勝過了機械式天平。電子天平具有自動校準、稱量快速準確、去皮重、自動顯示等優點，是傳感技術，電子技術和微處理技術開展的綜合產物。稱重是實驗室最常見的工作之一。先進的微量天平、半微量天平、分析天平與精密天平現已得到了極大優化，以致于通常無需設置專用稱重室。電子技術的進步極大地簡化了天平操作過程，大幅度縮短了稱重時間，并且使天平具有很高的靈活性，因此可將其直接集成于生產過程當中。本報告根據實驗室稱量所需要的一些相關要求做出分析，對國內外各公司的電子天平進行調研，并對一系列典型產品進行介紹，選擇適宜的實驗室稱量儀器。3術語1.FACT：FullyAutomaticCalibrationTechnology，全自動校準技術。2.最大稱量：不計添加皮重時的最大稱量能力；3.最小稱量：小于該載荷值時稱量結果可能產生過大的相對誤差；4.平安載荷：120%正常稱量范圍；5.多分度：只有一個稱量范圍，按不同實際分度值分為幾個局部的稱量范圍；6.允許誤差：等級檢定時允許的最大偏差;7.感量〔實際分度值：一臺電子秤所能顯示的最小刻度;通常用“d〞來表示；8.檢定分度值：用于劃分天平級別與進行計量檢定的，以質量單位表示的值，通常用“e〞來表示；9.重復性:對同一載荷,屢次稱量所得結果之差,應不大于該稱量最大允許誤碼差的絕對值；10.四角偏差：將同一物體放置在天平的不同位置，假設天平讀數相同，那么該天平四角性能良好。測試該性能的時候把砝碼放在秤盤中心的上下左右四個方向。亦稱為偏心載荷或偏載測試；11.響應時間〔穩定時間〕:從樣品放到秤盤，到顯示器顯示讀數的時間。4稱量原理4.1系統功能框圖圖4.1系統功能框圖鼓勵電壓給傳感器提供一個工作電壓，在外力的作用下傳感器會輸出一個信號。將輸出的信號送入濾波電路模塊，經過濾波后將信號送入A/D轉換電路模塊，信號經過放大并轉化成數字量后，再送入單片機中進行處理。按鍵電路模塊有清零，去皮重，單位換算等作用，聲音提示電路模塊在稱重物的重量大于所設定的最大量程時，會發出報警。液晶顯示模塊用于顯示重量等。4.2傳感器稱重傳感器按轉換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動式、陀螺儀式、電阻應變式等8類，以電阻應變式使用最廣。目前世界在工業電子秤和試驗室天平上最通用的2種稱重原理為：應變片傳感器和電磁力傳感器。具體內容在下面介紹。4.2.1電阻應變式稱重傳感器由電阻應變片、檢測電路和彈性體三個主要局部組成。彈性體的作用除了對外力產生一個反作用力外還產生一個應變場，使電阻應變片能較好的完成轉換任務。檢測電路大多采用惠斯登電路，其作用是將電阻應變片的阻值變化轉變成相應的電壓輸出。電阻應變式稱重傳感器的工作原理是指彈性體在感受到外力作用后產生形變，使其外表粘貼的電阻應變片也跟著產生形變，電阻應變片在產生形變后其阻值也發生相應的改變，再經過測量電路把這一阻值的變化轉換成電信號。如下圖：4.2應變片傳感器原里圖應變片傳感器是通過4個焊在金屬結構上的力感應器測量出重量產生在金屬結構上的拉力。4個感應器連接在一起形成電橋，如圖4.1。最簡單的傳感器只有4個電阻，零負載的時候四個電阻是一樣的。當傳感器受到壓力后，電阻A和D的電阻將會減小，電阻B和C的電阻將會加大。導致電橋失衡。當電橋上通電壓從+E到–E，就有信號從+S到-S輸出。無負載狀態輸出電壓為0，負載重量與輸出電壓呈線性關系。大多傳感器并不像舉例的那么簡單。還需要不同的電阻來補償溫度變化帶來的影響，調節輸出電壓。傳感器也能并聯使用，來增加負載量程。并聯傳感器的時候，每個傳感器承載一局部重量，原理與使用單傳感器相同。傳感器通常由于局部超載而損壞。傳感器損壞將導致零點出現偏差。即便仍然可以使用，也會出現線性偏差或溫度補償失靈等問題。傳感器沾水將引起應變片松動或電路故障等問題，導致傳感器被破壞。4.2.3電磁電磁力平衡傳感器是一種高精度測力傳感器，其分辨率可到達數百萬分之一，甚至到達了數千萬分之一，廣泛應用于電子分析天平中。電磁力平衡傳感器工作原理是依靠載流線圈在恒定直流磁場中產生的電磁力與被測物體的重力平衡的原理完成被測物體的力信號至電信號的轉換。在測量物體質量時，通過間接測定磁場中流過線圈電流強度的大小，實現對被稱物體質量的測量。圖4.3電磁力平衡傳感器工作原理圖電磁力平衡傳感器工作原理如圖4.3所示。圖4.3中虛線方框內為電磁力平衡傳感器、位移檢測電路、PID調節等組成的閉環結構。稱盤加載前，電磁力平衡傳感器處于初始平衡狀態。稱盤加載后，被稱量物體的重量使電磁力平衡傳感器的可動局部發生位移。遮光片位移使光敏二極管D2感應到D1發出的光，光信號經光電檢測電路轉換為電壓信號。電壓信號通過PID調節，向線圈提供一個與被稱物體的質量m成正比的電流I。線圈在永磁體的磁場作用下，將產生向上的力F，使電磁力平衡傳感器的可動局部向上移動。遮光片向上移動后，使光電檢測電路的輸出電壓減少，PID積分環節使流經線圈的電流I繼續增大，直至可動局部恢復到初始平衡的位置。此時，線圈電流I在永磁體磁場作用下產生的力F與被稱量物體的重力相等，傳感器處于平衡狀態。于是F=BIL=mg.式中，B為永磁體氣隙中的磁感應強度；L為動圈的導線長度；g為重力加速度。當磁感應強度B、線圈長度L和重力加速度g一定時，通過測量線圈電流，即可間接測量被稱量物體的質量。5.電子天平的分類通常情況下，電子天平有不同的使用精度以及不同的稱重對象，因此統計下來，電子天平的分類也是不少的，大致可有六大分類，包括：1超微量電子天平超微量天平的最大稱量是2至5g,其標尺分度值小于(最大)稱量的10-6。2精密電子天平：這類電子天平是準確度級別為Ⅱ級的電子天平的統稱。3常量電子天平：此種天平的最大稱量一般在100至200g，其分度值小于(最大)稱量的10-5。4半微量天平：半微量天平的稱量一般在20至100g，其分度值小于(最大)稱量的10-5。5超微量電子天平：超微量天平的最大稱量是2至5g,其標尺分度值小于(最大)稱量的10-6。6微量天平：微量天平的稱量一般在3至50g，其分度值小于(最大)稱量的10-5。下面舉賽多利斯的一些產品來說明，產品型號最大單位稱量〔g〕讀數精度LC系列電子分析天平60—340000.001—1gAC系列電子分析天平60—2100.01—0.1mgRC系列電子分析天平52—2500.001—0.1mgBA系列電子分析天平30—61000.01—100mgPT系列電子天平121—61000.01—1g微量及超微量電子天平3—256國內外主要廠家及其一系列產品介紹6.1瑞士--梅特勒-托利多梅特勒和托利多以前是兩個公司，梅特勒一個是瑞士的，托利多是美國的。他們兩家一家是做天平另一家是做稱和軌道衡的，后來，兩家合并成梅特勒托利多。總部設在瑞士，不過在瑞士，美國，德國和中國都有工廠。歷經百年變革，緊隨時代步伐，梅特勒-托利多集團已走過一百年的光芒歷程。1901年，亨利·托巴德博士創新推出了全球第一臺具備全自動重量和價格顯示的店鋪秤，開創了托利多品牌，并開展為美國最大的工業及商業衡器制造商。1945年，歐萊德·梅特勒博士創造了令世界矚目的首臺單秤盤替代法天平，并在1973年，又隆重推出了世界上第一臺全電子精密天平——PT1200，引發了全球天平的技術革命。1989年，梅特勒和托利多這兩個行業領導者聯姻，梅特勒-托利多品牌從此誕生！1997年，梅特勒－托利多的股票在紐約證券交易所成功上市，集團從此成為上市公司?，F在，梅特勒-托利多在全球范圍內擁有員工八千五百名，在三十七個國家及地區從事銷售及效勞工作。同時，集團還在瑞士、德國、美國、中國等國家設立了生產基地，為遍布世界的銷售網絡提供產品。6.2產品及其特點梅特勒－托利多的實驗室稱量電子天平可以分為三類：超微量/微量天平，分析天平，精密天平。產品類別最大稱量精度傳感器特點超微量/微量天平6.1g1.0ug52,000,000位的分辨率；明亮的觸摸顯示屏、智能化用戶操作指導以及無需用手接觸的紅外防風罩控制功能；觸摸顯示屏提供無可比較的用戶友好的操作界面。多達8個個性化設置的用戶操作界面可以被自由設定、保持和恢復。分析天平510g0.01mg/0.1mg單模塊稱重傳感器利用SmartGrid獲得精確的結果；觸摸屏—操作方便；最大限度地利用各種專業配件：易巧稱量組件用于直接稱量、抗靜電解決方案、密度測定等。易于清潔—防止交叉污染；精密天平4200g—64kg0.1mg/1g高速單模塊稱重傳感器紅外感應器(SmartSens)實現無需用手接觸的操作；在SOP流程中，在完整的用戶分步指南導引下操作天平。LabX處理所有稱量結果和計算，還能在操作過程中自動打印標簽和報告；水平控制系統通知天平是否正確調節，以確保獲得精確的結果；易于清潔—防止交叉污染；6.3德?國?—賽?多?利?斯世界天平之父——德國賽多利斯集團創立于1870年，是世界著名的過程技術和實驗室儀器的供給商，是稱量技術的市場領導者。提供稱量技術產品、電化學分析儀器，并可為用戶的實驗和生產提供全套的解決方案。賽多利斯在110多個國家設立了分支機構或辦事處，生產基地遍布美洲、東歐、亞洲等地。130多年以來，賽多利斯公司一直在不斷創新和改良稱量技術，始終走在稱量技術開展的前沿。創造了：第一臺鋁制短臂分析天平(1870)；第一臺精度達一億分之一克的超微量天平，于1971年被載入《吉尼斯世界紀錄大全》，創造了世界最高精度的紀錄，并一直保持至今；應用40MHz高速微處理技術的電子天平(1990)；超級單體傳感器，在德國、美國和瑞士等國家都取得了專利(1998)。時至今日隨著超高性能微處理機技術和層次結構的應用,使得90年代的賽多利斯電子天平到達了一個令人難以想象,獨一無二的高水平:自動故障檢查;全自動校正;超載自動保護;自動回零;溫度自動線性補償;標準接口;自動打印;內裝缺碼自動校正功能和無可比較的高精度;獨有的四級防震系統使其具有良好的瀏量穩定性和重復性;安裝方便,操作簡單全。1997年賽多利斯公司已生產出全球獨一無二的超級單體傳感器,并成功地推出最新型號的電子天平,開創了電子天平的新紀元。超級單體傳感器是采用碾磨、切割堅實的特種合金,讓具有分析特性的稱量系統成為一個整體,大大消除了環境溫度的變化對傳感器溫度的影響,并具有:極高的重復性、穩定性和卓越的性能價格比。目前哥廷根總廠生產的天平有分析天平精密天平和工業天平200多種適用于各種不同的應用領域其讀數精度最高可達001微克稱量范圍0一3000公斤,加/減一天平那么顯示了其檢測、分份及分類的三位一體的優越性。6.4產品介紹產品類別最大稱量精度傳感器功能及其特點超微量/微量天平1.1/2.1/6.1g0.001/0.002/0.005/0.0001mgMonolithic稱重傳感器內置電機驅動校準砝碼確保只需按一下鍵即可獲得最高的精確性;isoCAL校準/調整功能,全自動校準和調整;nei內置電機驅動校準砝碼確保只需按一下鍵即可獲得最高的精確性;分析天平80/120/160/320g0.1/0.2/0.5mg超級雙杠桿單體傳感器自動校準系統;最新SMT技術，線路集成度更高；防靜電涂層玻璃防風罩能有效地屏蔽外界靜電荷的干擾；動態溫度補償和全自動故障診斷；應用程序：計數、動物稱量、百分比稱量、凈重求和、單位轉換、合計、計算〔乘、除〕精密天平40g/3.2kg1mg/10mg超級雙杠桿單體傳感器-cw型號標配內置校準砝碼，全自動校準；讀數最少有四位小數；動態溫度補償和密度直讀；四級防震和超載保護。6.5日本—島津1875年，科學精密儀器的開拓者之一島津制作所在日本京都創立。1918年開始生產頂盤天平和轉矩天平，并于1925年在市場上銷售平衡杠桿分析天平。自此，不斷完善的島津天平為工業和科研的開展做出了奉獻。在早期，精確稱量需有經驗的人員進行操作，既費時，又要求有熟練技巧。將試樣和小塊物質放在懸掛于杠桿的稱盤上，通過移動的指針判讀刻度，是艱苦而勞累的工作。島津一直致力于解決此類稱量工作上的困難，直讀分析天平的成功開發標志著稱量技術新時代的開始。在L型天平方面，用簡便的調節控制盤操作取代了敏感的質量加載工作。為用戶節省了三分之二的稱量時間，并從此辭別了傳統的天平時代。1959年，島津又增加了采用Roberval機械結構的上載直讀天平。以這些儀器制定的標準，在很多顧客的實驗室一直沿用至近年。島津不斷地致力于開發新技術。早在1971年，島津發布了首臺電子天平，數字天平，標志著稱量觀念的重大轉變。稱量只須接通天平的電源、放置試樣和看顯示器。六年后〔1977年〕，微機應用于電子天平，從而進一步提高了稱量性能。緊湊型ED系列在靈敏度、分辯率和穩定性方面均有相當大的改善。島津一直致力于使顧客滿意、深入市場、了解用戶需求，并向顧客介紹新技術、新儀器。1985年的根據溫度的全自動校準，1989年的首臺整體型質量傳感器〔OPF，后更名為UniBloc〕1993年的高靈敏度AEM-5200微量天平，以及獨特的直通視窗〔Windows〕功能——完美地滿足新世紀的計算機化實驗室的要求，這些僅僅是島津的一局部成就。2003年推出了配備新一代質量傳感器UniBloc的天平系列。6.6產品介紹產品類別最大稱量精度傳感器功能及其特點半微量分析天平42/82/120g0.1/0.01mg單體傳感器Unibloc使用者可以使用兩中全自動校準模式?！癙SC〞是根據當溫度發生變化，天平會自動校準，而“Clock-CAL〞是在預定的時間，天平會自動校準；通過打印機，校準記錄可以自動打印輸出；測定數據可直接輸到Windows應用程序上，無需安裝其它軟件。分析天平62/320g0.1mg單體傳感器Unibloc當溫度發生變化，天平會自動校準；在預定的時間，天平會自動校準；校準記錄可以有時間、日期，符合GLP/GMP/ISO要求和靜電消除器測定數據可直接輸到Windows應用程序上，無需安裝其它軟件。精密天平220/6200g0.1/0.01/0.001/0.0002g單體傳感器Unibloc馬達驅動內砝碼校準，只需一按鍵，可隨時進行校準〔TW系列〕；在測量過程中，只需一按鍵，可快速調節天平的響應性及穩定；菜單操作鍵容易操作的按鍵設計；測定數據可直接輸到Windows應用程序上，無需安裝其它軟件；如果你在一定時間內不使用天平，天平電源〔TXB系列〕或顯示屏〔TX系列〕會自動關閉。6.7美國--奧豪斯“奧豪斯公司成立于1907年，是一家世界領先的為實驗室，教育，工業和專業市場提供天平和衡器產品的制造商。奧豪斯的總部位于新澤西州的PineBrook,辦事處普及歐洲、亞洲和拉丁美洲〞〔奧豪斯中國官網〕。而奧豪斯也一直被介紹為世界天平四大品牌之一〔前兩位是無庸置疑的賽和梅，至于后兩位的排名有爭議〕，2006年奧豪斯上海公司成立以后，在國內市場也開展很快，很多客戶也接受了它的產品。但是，熟悉天平行業的朋友都知道，實際上，奧豪斯上海公司是梅特勒的一個市場策略下的產物！，看一下奧豪斯的營業執照，其中在股東〔發起人〕一欄中，很明確的說明了MT中國控股的字樣。那為什么梅特勒自己生產天平，還要再成立一家公司來競爭呢？原因很簡單，梅特勒與賽多利斯在高端競爭，但是中國還有很多用戶需求廉價的產品，有些需求甚至連AL系列的價格都無法到達，怎么辦？要么拱手將市場讓給國產廠家或者其他小的國外廠家，要么就把梅特勒產品降價，這顯然是不現實的，梅特勒公司就想到了這個方法——新品牌競爭。將奧豪斯引入中國，生產也可以放在梅特勒，但是OEM產品的標簽就改為奧豪斯，這樣，無需重新建立生產基地，無需開展銷售渠道，無需專門培訓銷售和效勞人員，奧豪斯品牌在中國也能很快的樹立起來，而且價格也能充分滿足中國用戶的需要。6.8產品介紹產品類別最大稱量精度傳感器功能及其特點DISCOVERY專業型分析天平81/110/210g0.1/0.001mg電磁稱重傳感器金屬底座和上殼，不銹鋼秤盤，防靜電玻璃玻璃側移門頂部移門，可更換的面板防護罩;全自動內部校準功能;SmarText?提示軟件：屏幕上的文字提示可使天平的操作和設置更為簡單;ADVENTURER分析和精密天平65/120230/220g1mg/0.1mg電磁稱重傳感器最新的數字處理技術，快速獲得穩定的稱量結果；出色的微量加樣技術；密度直讀功能；EXPLORER專業型分析和精密天平120/220/320g1mg/0.1mg電磁稱重傳感器超大觸摸顯示屏，便捷的圖形界面軟件SmarText?2.0，天平風罩并配有防靜電涂層玻璃防風罩，揮手即開的自動風罩門設計;Explorer采用分體模塊化設計，可以與稱量基座進行別離;除了AutoCalTM自動內部校準型號外，還添加了外部校準系列。ADVENTURERPRO先進型天平50/410/2100/3100/4100g0.01g/1mg電磁稱重傳感器無軌道風罩;靈巧的提示軟件;標配RS232通訊接口(可選配第二RS232通訊接口)，動態稱重和多種稱量單位選擇。并具有內部校準型號可供選擇.6.9沈陽龍騰沈陽龍騰電子稱童僅器是由中國計于技術開發總公司、香港龍騰公司和沈陽市子稱量儀器設備聯鉑公司投資的中外合資企業。該公司采用先進的電腦技術及高精密傳感器技術,開發了ES-ABN系列精密電子天平精度達0.0001g最大稱量范圍飛100g-5Okg于1990年通過了國家計蚤院定型鑒定,并獲得型式批準證書。1991年獲“七·五全國星火方案博覽會〞金獎.1992年榮獲“全國計童成果展覽會〞優秀獎。ES-AB系列電子天平有幾十個品種可供選擇其中包括計數天平和活動物天平等多功能型天平特點是;稱童快速、準確、可靠,并具有自動校準、去皮等功能。接上不同接口可與打印機，計算機等外部設備相聯為現代化工業計量和科研提供了新的計重僅器。同時，亦生產和銷售醫療設備---環氧乙烷滅菌箱系列產品。其特點：技術先進、操作簡便、滅菌徹底、型號齊全和高性價比。適用于：醫療、美容等各行業中畏熱畏濕物品的滅菌處理工作。6.10產品介紹產品類別最大稱量精度傳感器功能及其特點ESJ-B系列精密電子分析天平110-220g0.1mg后置式電磁力傳感器配備外置校準砝碼，隨時隨需校準。F1級無磁不銹鋼砝碼；多種計量單位和計數稱量方式，單位轉換及數據輸出：克、克拉、盎司、記數、百分比稱重等，適用于不同計量；具有超載/欠載報警、溫度補償、全量程去皮、累加/累減、底鉤稱量〔選配底掛鉤〕。配有RS232輸出接口，可與電腦、打印機等外配，充分滿足實驗室質量分析之需求；ESJ-4系列精密電子分析天平120-220g0.1mg后置式電磁力傳感器全金屬外殼，更加牢固可靠，能有效屏蔽環境中的電、磁等對于天平的影響，適應環境性更強，工業級結構設計，使壽命更久；內部校準砝碼；鈷蘭色熒光數碼管顯示屏；具有超載/欠載報警、溫度補償、全量程去皮、累加/累減、底鉤稱量〔選配底掛鉤〕；選配RS232輸出接口，可與電腦、打印機等外配，充分滿足實驗室質量分析之需求。JD-2/3系列多功能電子分析天平100-5000g1mg下置電磁力傳感器配備外置校準砝碼，隨時隨需校準；液晶顯示屏。顯示清晰；多種計量單位和計數稱量方式，單位轉換及數據輸出：克、克拉、盎司、記數、百分比稱重等，適用于不同計量；有超載/欠載報警、溫度補償、全量程去皮、累加/累減、底鉤稱量〔選配底掛鉤〕；配有RS232輸出接口，可與電腦、打印機等外配，充分滿足實驗室質量分析之需求；ESJ182-4十萬分之一分析天平30-180g0.1mg/0.001mg后置式電磁力傳感器內部校準砝碼;鈷蘭色熒光數碼管顯示屏;具有超載/欠載報警、溫度補償、全量程去皮、累加/累減、底鉤稱量〔選配底掛鉤〕;選配RS232輸出接口，可與電腦、打印機等外配，充分滿足實驗室質量分析之需求;雙量程，一機兩用，日常稱量使萬分之一，高精度稱量使用十萬分之一。ESJ-A全自動精密電子天平110-220g0.1mg后置式電磁力傳感器全自動一鍵內部校準、自動定時校準、溫度變化自動校準；超大液晶白色背光顯示屏；多種計量單位和計數稱量方式，單位轉換及數據輸出：克、克拉、盎司、記數、百分比稱重等