電子天平原理是什麼?電子天平的分類與使用方法介紹!

隨著科技的不斷發展和實驗方法的不斷改進,質量測量作為產業和學術界中至關重要的一環,對於確保產品品質、科學研究的可靠性以及實驗結果的精確性具有決定性的影響。在這個過程中,電子天平作為一種高度精密、靈敏且可靠的測量工具,已經成為產業生產和學術研究中不可或缺的儀器設備。本文我們將分享電子天平的基本原理還有使用方式和天平規格的比較。
〈延伸閱讀:電子天平計數功能的介紹與產業應用〉
電子天平是什麼?電子天平的用途有哪些?
電子天平(Electronic Balance)是現代實驗室中不可或缺的精準測量工具,相較於傳統天平,電子天平利用電子技術,能更快速、更準確地測量物體的重量。它的稱重原理主要有電磁平衡式和電阻應變式兩種,而電子天平依照秤重範圍與精度又可分為半微量電子分析天平、分析天平、上皿天平、精密天平,分別應用在不同的實驗環境,像是產業應用上與學術上等環境。
電子天平在產業應用上
製造業
精確的重量測量對生產過程至關重要。電子天平可以用來測量原材料的重量,確保每個生產批次的一致性,並維持產品品質。在品質控制環節,天平幫助檢查成品的重量是否符合標準,避免不合格產品進入市場。
食品加工
食品加工行業同樣依賴精確的重量測量來確保每個產品的口味和品質一致。電子天平在配料過程中發揮著重要作用,保證每種成分的比例準確,避免配方偏差。此外,在包裝過程中,電子天平能夠確保每個包裝單位的重量符合規範,提高效率並減少浪費。
化學與製藥業
化學與製藥業則利用電子天平來精確測量化學物質或藥品原料的重量,這對於反應的準確性和藥物劑量的精確控制至關重要。在質量控制過程中,天平幫助確保每個產品的成分和重量都符合規範,保證產品的安全性和效能。
物流與包裝
精確的重量測量能確保包裝過程中每個單位的重量符合要求。這不僅有助於減少材料浪費,還能提高生產效率,保證最終產品的品質符合消費者需求。
珠寶與精密工程
電子天平的應用同樣重要,尤其是在測量珠寶或小型精密零件的重量時。這些領域對精確度要求極高,任何微小的重量誤差都可能影響產品的價值和品質,電子天平能夠提供必要的精確測量,保證每個產品的品質達標。
電子天平在學術上
化學研究
準確的重量測量對於實驗的成功至關重要。電子天平幫助研究人員精確測量反應物的重量,確保每個反應的化學物質配比正確,避免因稱量誤差而導致實驗結果偏差。這對於確保科學實驗的可靠性至關重要。
生物學與醫學研究
電子天平被廣泛應用於測量試劑或生物樣本的重量,這對實驗的準確性和藥物劑量的準確控制至關重要。無論是藥物開發還是臨床實驗,精確的稱量能夠確保研究結果的可靠性,進而推動科學進展。
環境科學
電子天平幫助研究人員測量土壤、空氣或水樣品的重量,這對於研究污染物質的濃度至關重要。準確的測量可以提供有價值的數據,幫助科學家分析環境污染狀況,並制定有效的應對措施。
物理學與材料科學
精確測量物質的質量是許多實驗的基礎。電子天平幫助研究人員測量各種材料的重量,從而深入了解它們的物理性質。這些測量數據對於新材料的開發或基礎物理研究至關重要。
教育與實驗室教學
電子天平是學生學習科學的基本工具之一。它不僅幫助學生理解質量測量的原理,還能夠讓他們實際操作,學習如何準確稱量物質,為未來的科學研究打下堅實的基礎。
電子天平使用方法與工作原理
電子天平是一種利用電子技術進行質量測量的精密儀器,相較於傳統的機械式天平,電子天平具有更高的精確度和靈敏度,因此廣泛應用於各種需要精密測量的領域,如科學研究、化學實驗、電子製造業、食品製藥業以及化妝品行業等。這些天平能夠提供準確的質量測量結果,並解決傳統機械式天平精度不足的問題。
電子天平的工作原理基於壓電感測器、電阻應變器或其他電子元件來測量物體的質量。當物體放置在天平的稱重平台上,感測器會檢測到由物體質量引起的微小變形,並將這些變形轉換為電信號。這些信號經過處理後,顯示在數字顯示屏上,並呈現出物體的質量。
除了基本的質量測量功能,現代電子天平還配備了多種附加功能,例如統計分析、數據記錄以及與電腦的數據連接功能,方便用戶進行數據收集和分析。在各種精密測量需求的場合,電子天平以其高精度和多功能性,成為了不可或缺的工具。
以下簡單以圖示來說明
電子天平基本使用步驟

- 水平調整 : 將天平水平氣泡調整置中
- 啟動電子天平: 將電子天平接通電源,並確保它處於穩定的操作狀態並做好暖機動作。
- 校正:進行校正是很重要的一步。校正的方式可能因天平型號而異,通常外校型天平需要使用標準砝碼來校正天平。而內校型天平則內建標準砝碼與驅動馬達,只需一鍵即可完成校正工作。在進行正式測量之前請參考天平使用手冊以了解校正程序。
- 扣重: 將秤量容器放稱盤上將天平扣重
- 放置樣品: 將待測物體輕放在天平的稱盤上。請注意,待測物盡量放置在天平中央,以取得良好測量數據。
- 讀值穩定: 等待一段時間,直到天平顯示的數據穩定。穩定時間可能因物體的大小和重量或放置環境而異。
- 讀取數據: 當天平的數據穩定後,讀取天平顯示幕上的數據。
- 歸零: 在進行下一次測量之前,確保將天平歸回零點。
電子天平的放置環境要求
避免陽光直射與熱源
電子天平對溫度變化極為敏感,外界環境的溫度波動會影響其內部的傳感器和測量系統,導致測量結果不準確。特別是陽光直射或靠近熱源(如空調、暖氣、爐子等)時,天平的內部溫度會變得不均勻,這樣的變化會影響到測量的穩定性和準確性。例如,天平內部的測量傳感器可能會受到熱膨脹或冷縮的影響,進而改變測量數據。因此,應將天平放置在陰涼處,避免直接暴露於陽光下,並且遠離熱源,確保其測量精度。
良好溫度控制環境
理想的電子天平工作環境應保持穩定的溫度,通常在20°C至25°C之間。過大的溫度波動會影響天平的校準精度,並可能導致測量誤差。這是因為電子天平的傳感器和內部部件對溫度的變化非常敏感,溫度不穩定會改變其電氣性能,從而影響稱量結果。因此,為了保證測量精度,應將天平放置在一個溫度控制良好的環境中,例如具有恆溫設備的實驗室或溫控空調的房間。
無灰塵、靜電、氣流擾動
灰塵:灰塵粒子可能會附著在天平的測量盤或傳感器上,影響測量結果。即使是微小的灰塵顆粒,也可能造成天平測量的不準確,因此天平應該放置在清潔的環境中,避免灰塵積聚。
靜電:靜電會影響天平的感應系統,甚至可能引起電子元件的故障。靜電會導致天平讀數不穩定或誤差,因此需要將天平放置於無靜電的環境,並避免與可能產生靜電的設備(如塑料物品、地毯等)接觸。在有靜電的環境中使用天平時,可以考慮使用靜電消除裝置。
氣流擾動:風扇、空調等氣流也會影響天平的測量結果。氣流可能會改變天平上的物體重量,或使測量盤上的物體位置發生變化。這樣的干擾會導致測量不穩定,甚至造成誤差。因此,應避免將天平放置在有強烈氣流的地方,如窗邊、空調直吹區域等。
無震動且穩定的桌面
震動對電子天平的測量精度有直接影響。天平內部的傳感器和測量系統極為精密,任何外部的震動都可能改變測量結果,特別是在高精度測量中。比如,如果天平放置在一個不穩定或震動頻繁的表面上(如靠近機械設備、工業設備等),會導致天平測量的波動,從而降低精度。因此,天平應該放置在堅固且穩定的桌面上,並遠離任何可能產生震動的設備或場所。
如何選擇適合的電子天平?
選擇適合的電子天平需要根據實驗或工作需求來決定,這樣才能確保測量結果的準確性與可靠性。在購買前,了解天平的規格並尋求專業意見是非常重要的。以下是選擇電子天平時需要注意的幾個關鍵要點:
測量範圍和精度需求
確定需要測量物體的最大重量範圍和所需的精度。例如,如果需要測量最大重量為200g且精度達到0.0001g的物體,就應選擇具有相應秤重範圍和精度的天平。精度越高,通常需要更高端的天平來保證測量的準確性。
校正方式
不同型號的電子天平可能有不同的校正方式。某些天平需要外砝碼校正,某些則具備內建砝碼校正功能。還有一些高端型號提供自動校正功能,能夠在使用過程中自動調整以保持天平的準確性。根據需求選擇合適的校正方式,可以保證長時間使用後天平依然保持精度。
功能需求
電子天平的功能設計會影響其適用性。例如,顯示螢幕的大小與清晰度、權限管理系統、非觸摸式IR感應器、計數功能、動物秤重等功能,都會根據實驗需求有所不同。這些功能對於提高工作效率、減少操作誤差至關重要。
輸出格式
根據實驗或行業的需求,選擇天平時需要考慮其輸出格式。某些應用可能要求符合法規規範的數據輸出格式,尤其是在需要符合GMP或ISO認證的情況下,選擇能提供完整數據輸出的天平會更為適合。
售後服務和支持
品牌的知名度與產品質量是選擇電子天平時需要考慮的重要因素。選擇提供良好售後服務和技術支持的品牌,可以確保使用過程中遇到的問題能夠及時解決,從而延長天平的使用壽命並提高工作效率。
價格比較
根據預算和需求來比較不同品牌和型號的電子天平價格。一般來說,價格較高的天平通常具備更多功能,且精度更高,適用於對測量精度有較高要求的場合。根據實際需求選擇性價比最高的天平,可以在保證性能的基礎上,達到預算平衡。
〈延伸閱讀:天平校正怎麼做?為什麼天平校正很重要?如何選擇校正砝碼呢?〉
依精度分類的電子天平
半微量電子分析天平
半微量電子分析天平主要用於測量極小重量範圍內的物質,通常能達到 0.1mg 甚至更精細的測量精度。這種天平通常應用於需要高精度的科學實驗中,特別是在化學分析和藥品研發等領域。半微量電子分析天平能夠準確測量微小樣品的質量,對於分析微量化學成分、測量藥物的劑量或進行精密化學反應時的物質平衡至關重要。
分析天平
分析天平是一種高精度的天平,通常能夠提供到 0.0001g (0.1mg) 的精確度。這類天平常見於實驗室,特別是用於精確稱量化學反應物、製藥過程中的原料,或進行重量分析的情況。分析天平通常配有防風裝置,能夠減少外部環境對測量結果的干擾,從而確保稱量過程的精確性。它廣泛應用於化學、製藥、環境科學等領域的研究和質量控制。
上皿天平
上皿天平是一種傳統的天平類型,主要由一個水平的支架和懸掛於其上的托盤組成。這類天平通常具有較高的精度,能夠測量從幾克到幾千克範圍內的物體。由於其簡單的結構和穩定的測量結果,上皿天平常被用於日常的質量測量或較為粗略的稱量需求,儘管它不如電子天平精確,但在許多非高精度的測量中仍然是可靠的工具。
精密天平
精密天平屬於一種高精度的天平,通常可以提供 0.001g(1mg)或更高精度的測量結果。它廣泛應用於實驗室中,用於稱量小型物品或化學樣品,並且常用於科學研究和品質控制中。精密天平能夠提供穩定的測量結果,通常配有防震和防風設計,以減少外界環境對測量結果的影響。這類天平的應用範圍非常廣泛,涵蓋了化學、藥品、材料科學等領域。
依場景需求分類的電子天平
電子天平通常是基於其性能和功能的差異,實際的分類可能會因製造商和具體型號而有所不同。選擇天平時,應根據實際應用需求,考慮精確度、功能和預算等因素,來分辨高階中階基礎通用,以下是簡單的分類:
〈產品連結:美國 OHAUS 精密電子分析天平〉
高階系列電子天平
高階系列電子天平主要應用於高端科研實驗室、生技製藥及電子工業等領域,這些領域對精度、功能和穩定性有較高要求。這些天平提供更大範圍和更高精度的選擇,能夠測量非常微小的質量變化,適合精密化學分析或微量測量。高階天平通常配備大尺寸觸控螢幕,使操作更加直觀,並且提供自動校正功能,能夠在環境變化時自動調整,確保測量準確。紅外線無線感應技術使得使用者能夠進行非接觸式操作,減少人為誤差。
此外,這些天平具備多種應用功能,如統計分析、數據記錄、計數功能等,能夠應對多樣的測量需求。它們還具有密碼保護功能,可以設定不同的使用者權限,以確保數據安全。在數據傳輸方面,高階天平支持完整的數據格式,能夠滿足GMP或ISO認證的要求,並能將數據輸出到電腦、印表機等設備。
中階專業系列電子天平
中階專業系列電子天平主要應用於研究實驗室、食品工業、化妝品生技或化學工業等領域,這些領域對精度和穩定性有較高要求,但功能需求較高階天平簡單。中階天平的秤量範圍和精度處於高階和基礎型之間,提供一定的選擇,精度一般為毫克級別。
這類天平也具備高階天平的多種功能,如統計分析、數據記錄、計數功能等,並配備觸控螢幕和自動校正功能。然而,與高階天平相比,這些功能的調整和修改會有所限制。中階天平也支持數據傳輸,能夠將數據輸出到電腦、印表機等設備,滿足GMP或ISO認證所需的基本輸出格式。
基礎通用系列電子天平
基礎通用系列電子天平通常適用於日常的質量測量需求,特別是在學校教學、傳統產業或規格應用中,對測量精度的要求較低。這些天平是市場上最常見的型號,也是使用最普及的型號。基礎型天平的秤量範圍和精度選擇較少,通常為毫克級別,適合一般的測量需求。
這些天平具備基本的應用功能,如數據記錄、計數功能、動物秤重等,並配備LCD背光螢幕和傳統按鍵設計,操作簡單直觀。內建的砝碼校正功能使其在一定程度上保持準確性,但功能的調整和修改較為有限。基礎型天平支持基本的數據輸出,能夠將測量結果、日期、ID等輸出到電腦或印表機,但相對於高階和中階天平,其輸出選項較少。
攜帶式電子天平
攜帶式電子天平的最大特點是其輕巧、小型和便攜,適合需要在不同地點進行測量的應用,如環境工程中需要到水源地進行取樣,或在作業現場沒有電源的情況下進行測量。這些天平通常具有電池供電,方便移動使用,並且設計上考慮到輕便和便攜性。
攜帶式天平通常應用於戶外測量或移動測量的場合,能夠在不穩定的環境中提供基本的測量功能。雖然它們的測量精度和範圍通常不如高階或中階天平那麼高,但對於一些常規的測量需求來說,已經足夠使用。
以下我們以OHAUS品牌產品來做一個天平機型種類的比較:
OHAUS是一個知名的精密測量設備品牌,提供多種型號的電子天平,涵蓋從高精度的實驗室天平到便攜式測量設備。透過對OHAUS品牌產品的比較,使用者可以了解不同系列天平的特點、優勢以及適用範圍,幫助選擇最適合的天平型號。這樣的比較能夠讓用戶根據自己的需求選擇最合適的電子天平,從而達到更高效、準確的測量結果。
電子天平的種類比較
比較項目 | PX通用系列 | AX專業系列 | EX高階系列 |
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應用功能 | 5種 | 9種 | 12種 |
校正方式 | 內校/外校 | 全自動校正/外校 | 全自動校正/外校 |
校正調整 |
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不鏽鋼秤盤尺寸 |
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顯示螢幕 | 背光LCD液晶螢幕 | 4.3吋彩色寬頻觸控螢幕 | 5.7吋全彩TFT電容式觸控螢幕(可分離式) |
水平氣泡 | 前置式 | 背光前置式 | 背光前置式 |
傳輸介面 | 1 USB host RS232 |
1 USB host 1 USB device RS232 |
1 USB host 1 USB device RS232 |
重量單位 | 內建15種可選 | 內建19種可選外加1組自訂 | 內建19種可選外加3組自訂 |
產品特點 |
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水平氣泡 | ![]() |
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〈延伸閱讀:天平相關知識介紹!4個天平種類與應用〉
結論
文章中介紹了電子天平的原理和組成結構,以及其在不同領域的應用,這些應用顯示了電子天平因它的準確性與方便性成為產業研究優異的測量工具。相信幫助使用者選擇上有更詳細的了解,有立國際是專業儀器設備代理,從公司88年成立以來就專注於電子天平的代理與銷售,專業的商品諮詢與優質售後服務,可提供給您在天平儀器設備上的建議。有任何電子天平的問題嗎?歡迎與我們聯繫。