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分段控制策略让微克测量更靠谱

发布时间： 2025-11-06

去药店买几毫克名贵药材，药师得精准称取才能保证药效；买金饰时，店员把首饰放在小秤上，读数差零点几毫克都可能影响价钱；食品厂加微量防腐剂，多一点少一点都不行，要么有安全风险，要么没效果……

　　如何实现微小剂量的精准控制？这需要微克精度的称量。微克大约为1粒花生重量的百万分之一，对测量的精度要求极高。而高精度电子天平面临一个核心难题：测量时，看不见的“微观标尺”总会因为空气流动、温度变化、台面振动等环境的细微干扰而飘忽不定，导致结果不准。

　　中国计量科学研究院与中国计量大学科研团队设计的新方法有望攻克这一难题。日前，中国计量测试学会主办的《计量学报》报道了相关研究成果。

　　研究团队负责人、中国计量科学研究院研究员王健告诉记者，电子天平内部有一个控制平衡的电路，它就像龙舟上的舵手，负责稳定方向，实现天平内称重传感器电磁力与物体重量的平衡。但环境干扰会让这个“舵手”左摇右摆，让测量的“微观标尺”飘忽不定，也就难以实现微克精度的测量。

　　为此，研究团队设计了一套巧妙的分阶段控制策略，整个过程好比是一次“空中加油”。在快速接近阶段，当微量物品刚放上天平，团队通过优化控制算法和参数，让电子天平快速响应、接近真实重量，就像战斗机迅速追上并接近加油机。在精细稳定阶段，当双方接近相对静止时，团队锁住电磁力，并给测量系统增加一个“游动标尺”，根据微小位移变化，主动补偿环境扰动带来的微小晃动，从而实现精准“对接”与“加油”。

　　实验证明，这种新方法能够有效抑制称量过程中示值的波动，在短时间内获得高度一致的可靠结果，最终实现微克级的稳定称量。

　　据悉，这项研究得到国家自然科学基金和北京市科技计划支持。未来，相关成果将应用于生物医药、新能源等领域。

（来源：科技日报 作者：刘垠）