說(shuō)明新開發(fā)的高分辨率電子天平：MC系列。既然是介紹電子天平的好機(jī)會(huì)，我也會(huì)介紹一下市場(chǎng)，包括通用電子天平商業(yè)化技術(shù)的背景。

質(zhì)量秤（稱為電子天平）主導(dǎo)稱重市場(chǎng)已經(jīng)有一段時(shí)間了。電子天平可以數(shù)字方式顯示稱量值，因此執(zhí)行稱量任務(wù)不需要模擬專業(yè)知識(shí)。因此，任何人都可以輕松準(zhǔn)確地測(cè)量各種物體的質(zhì)量。這是電子天平開拓新市場(chǎng)的原因之一，同時(shí)電子元件和控制電路的價(jià)格低廉。

這樣，電子天平因其使用方便和價(jià)格較低而在市場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)張，但稱量原理自電子天平問(wèn)世以來(lái)并沒(méi)有發(fā)生根本性的變化。在過(guò)去的幾十年里，沒(méi)有提出新的測(cè)量原理，即使是現(xiàn)在，以法國(guó)的1公斤砝碼為原型也能保證質(zhì)量溯源。此外，在SI制的長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、溫度、發(fā)光強(qiáng)度、物理量（摩爾）七大基本單位中，唯有質(zhì)量是**對(duì)實(shí)物要求**的單位。由于這個(gè)原因，據(jù)說(shuō)質(zhì)量是一個(gè)需要用砝碼進(jìn)行**控制的特殊領(lǐng)域，而這個(gè)背景是為什么需要高分辨率天平作為質(zhì)量比較器的原因之一。。

電子天平有以上背景，但作為通用產(chǎn)品實(shí)用的測(cè)量原理有四種：電磁天平、應(yīng)變計(jì)（稱重傳感器）、電容、音叉。簡(jiǎn)單介紹一下各自的技術(shù)背景。

1. 電磁平衡式：它有一個(gè)支點(diǎn)和一個(gè)杠桿，例如在杠桿的左側(cè)放置一個(gè)未知質(zhì)量，通過(guò)支點(diǎn)在與杠桿相對(duì)的右側(cè)產(chǎn)生一個(gè)平衡力。電磁力用于產(chǎn)生這種力。這里的電磁力指的是弗萊明左手解釋的洛倫茲力，這是我高中物理學(xué)的。換句話說(shuō)，當(dāng)在與磁路中流動(dòng)的磁通垂直的方向上通過(guò)電流時(shí)，在與磁通和電流的方向垂直的方向上產(chǎn)生與電流值成正比的力，并且電流與放置在杠桿左側(cè)的質(zhì)量（重力）保持平衡。根據(jù)值確定質(zhì)量。用這種方法得到的天平的分辨率很高，稱量和靈敏度的*小顯示之比約為通用天平的1/100,000。采用這種電磁天平方式的質(zhì)量傳感器主要用于高分辨率電子天平，部分分析天平的分辨率高達(dá)數(shù)百萬(wàn)至數(shù)億。尤其是用于研究領(lǐng)域且靈敏度要求高的分析天平，目前幾乎100%采用電磁天平系統(tǒng)。
2. 測(cè)壓元件型：通過(guò)組合稱為應(yīng)變計(jì)的電阻線，將負(fù)載產(chǎn)生的應(yīng)變作為電阻值的變化進(jìn)行檢測(cè)。使用多個(gè)應(yīng)變儀，應(yīng)變儀連接到稱為應(yīng)變生成體的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)充當(dāng) Roberval 機(jī)構(gòu)。由于用于彈性變形的金屬的應(yīng)變量非常小，因此使用一種稱為惠斯通電橋電路的方法來(lái)檢測(cè)應(yīng)變計(jì)檢測(cè)到的壓縮和伸長(zhǎng)引起的應(yīng)變之間的差異，以提高輸出靈敏度。這種方法產(chǎn)生的實(shí)際分辨率是幾千到1/100,000。使用應(yīng)變片的電子天平主要用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)零件管理、學(xué)生實(shí)驗(yàn)等市場(chǎng)。
3. 電容式：通過(guò)使用羅伯瓦爾機(jī)構(gòu)，檢測(cè)電容變化的電極放置在兩個(gè)地方：被負(fù)載移動(dòng)的部分（可移動(dòng)部分）和不移動(dòng)的部分（固定部分）。電極間的位置因負(fù)載的位移量而發(fā)生變化，電極間的電容隨之發(fā)生變化，用于測(cè)量質(zhì)量。一般分辨率小于1/1000，主要用于分辨率不高的設(shè)備，如家用炊具、秤等。
4. 音叉振動(dòng)法：該方法利用了音叉的固有頻率根據(jù)施加在音叉上的張力（負(fù)載）而變化的事實(shí)。例如，質(zhì)量塊放在支點(diǎn)的左側(cè)，振動(dòng)機(jī)構(gòu)放在右側(cè)。如果質(zhì)量發(fā)生變化，即使施加相同的振動(dòng)，在隨后的自由振動(dòng)中固有頻率也會(huì)發(fā)生變化。由于質(zhì)量是通過(guò)計(jì)算振動(dòng)頻率獲得的，因此不需要像上述三種方法那樣進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。音叉型實(shí)現(xiàn)了1/100000～1/100000的分辨率，介于電磁天平型和稱重傳感器型之間，作為通用天平的質(zhì)量計(jì)使用。

以上四種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但決定性的技術(shù)區(qū)別在于電磁平衡法與其他三種方法在原理上的區(qū)別。在電磁平衡式中，杠桿的位置不通過(guò)支點(diǎn)改變，平衡力，并控制機(jī)構(gòu)使其始終回到初始狀態(tài)。這種方法遵循BC制天平的原理，由于杠桿的平衡位置不變，故稱為零法。其他三種方法都是基于稱重機(jī)構(gòu)存在一定位移的假設(shè)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它是一種彈簧秤法，之所以稱為位移法，是因?yàn)闇y(cè)量的原理是結(jié)構(gòu)因質(zhì)量（載荷）而發(fā)生位移。

對(duì)于天平，根據(jù)稱量方法是零點(diǎn)法還是位移法，可以獲得的分辨率和穩(wěn)定性有很大差異。其原因是質(zhì)量傳感器完全由金屬制成，與天平所需的高分辨率相比，金屬材料的彈性極限和機(jī)械性能較低。通過(guò)計(jì)算，可以通過(guò)減少位移量和提高電靈敏度來(lái)超過(guò)位移法的極限。然而，實(shí)際上，檢測(cè)到的位移減少會(huì)導(dǎo)致信號(hào)電平降低并增加噪聲干擾。結(jié)果，對(duì)振動(dòng)等干擾的抵抗力降低，顯示變得不穩(wěn)定，響應(yīng)速度顯著下降。因此，可以說(shuō)性能取決于金屬材料本身特性的位移法的分辨率有限。例如，除非開發(fā)出一種廉價(jià)的、重量輕且始終具有高彈性的金屬材料，否則技術(shù)極限將是目前實(shí)際分辨率的幾十萬(wàn)分之一。

另一方面，由于電磁平衡法采用零法，原則上不易受結(jié)構(gòu)材料特性的影響。此外，它采用了一個(gè)不斷監(jiān)控杠桿位置的控制系統(tǒng)。由于磁路中產(chǎn)生的電磁感應(yīng)引起的磁阻尼效應(yīng)，因此可以在控制期間應(yīng)用高增益反饋。由于這些原因，電磁平衡法可以說(shuō)是一種具有出色的抗震性和高速響應(yīng)性的方法，可以實(shí)現(xiàn)高分辨率。此外，在要求耐振動(dòng)和高速響應(yīng)性能的生產(chǎn)線上使用的高性能電子天平，在上述背景下采用電磁天平是事實(shí)。

A&D制造和銷售以電磁天平型和稱重傳感器型為中心的電子天平產(chǎn)品群。*近，市場(chǎng)對(duì)更高分辨率天平的需求不斷增加。其原因之一是，作為衡器的國(guó)家保證的 JCSS（Japan Calibration Service System）標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定并開始運(yùn)作。此外，作為生產(chǎn)線的稱重儀器，對(duì)高精度稱重管理的需求也在增加。這些新市場(chǎng)的需求概括為需要能夠顯示比當(dāng)前通用天平小一個(gè)數(shù)量級(jí)的刻度的天平。

因此，我們開始使用采用電磁天平系統(tǒng)的 GX/GX-K 系列通用天平來(lái)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量比較器的商業(yè)化。事實(shí)上，當(dāng)這些產(chǎn)品在大約 10 年前開發(fā)時(shí)，已經(jīng)確認(rèn)它們具有穩(wěn)定獲得低一個(gè)數(shù)量級(jí)的顯示的基本性能。然而，通用天平所要求的四角誤差難以處理，難以在稱量的所有領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)性能。這次，通過(guò)增強(qiáng)重心調(diào)節(jié)板等可選設(shè)置，我們將其商品化為可以應(yīng)對(duì)上述市場(chǎng)的 MC 系列。已推出的四款機(jī)型規(guī)格如下，*高分辨率為1/10,000,000。

使用以上4款型號(hào)，可校準(zhǔn)OIML標(biāo)準(zhǔn)F1以下（F2、M1、M2/計(jì)量方式：特級(jí)至3級(jí)）500g至20kg的參考砝碼。未來(lái)，我們計(jì)劃擴(kuò)大高分辨率平衡模型的范圍以滿足市場(chǎng)需求。我們希望這些新產(chǎn)品不僅可以用作砝碼質(zhì)量比較的天平，還可以用作日本強(qiáng)勢(shì)新領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)和研究設(shè)施，以及質(zhì)量控制領(lǐng)域和生產(chǎn)線等制造現(xiàn)場(chǎng)。我們希望該產(chǎn)品將有助于開發(fā)新的稱重儀器市場(chǎng)以及提高質(zhì)量和生產(chǎn)力。