目前在7 種國際單位制中，質(zhì)量單位千克是唯一還依靠實物基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)、保存量值的一個基本單位。作為質(zhì)量基準(zhǔn)的千克原器采用的材料是鉑銥合金，這種合金經(jīng)證實盡管不易氧化，但它的表面仍會吸附一些肉眼無法察覺的氣體分子和其他雜物，甚至其內(nèi)部會吸附氫氣等氣體，這些吸附過程使千克原器質(zhì)量的增加量可能已達(dá)到十多微克。對國際單位制SI 的重新定義工作，已經(jīng)越來越迫切，并且最早有可能在2017 年進(jìn)行重新定義?，F(xiàn)有單位體系中的7個基本單位，會被7個參考常數(shù)所取代。具體到質(zhì)量計量方面，基本單位千克將會由一個固定值的普朗克常量所取代。經(jīng)計量學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，未來質(zhì)量單位的定義有可能在很大程度上依賴于普朗克常數(shù)h 的測定值和不確定度。一旦普朗克常數(shù)h 的測定值不確定度小于1×10－8，就有可能通過普朗克常數(shù)h 重新定義質(zhì)量單位，實現(xiàn)質(zhì)量量子基準(zhǔn)，從而代替已經(jīng)使用122 年的鉑銥合金國際千克原器。在這場單位變革中，國際千克元器( IPK) ，將失去它是目前世界上唯一擁有質(zhì)量不確定度為0 的物體這一重要地位。在未來，將通過各種手段，利用普朗克常數(shù)來重新復(fù)現(xiàn)質(zhì)量。

  目前我國也正在進(jìn)行通過測定普朗克常數(shù)h 來復(fù)質(zhì)量單位的工作，采用方法是我國獨創(chuàng)的能量天平方案。在實驗中，發(fā)現(xiàn)天平的測量漂移和測量噪聲占能量天平方案整體測量不確定度的很大部分。本文著重對能量天平方案中的天平反饋系統(tǒng)進(jìn)行了研究。通過反饋系統(tǒng)實現(xiàn)了天平的快速平衡，并通過對天平反饋執(zhí)行器的電路調(diào)整，顯著改進(jìn)了天平系統(tǒng)的測量漂移現(xiàn)象和噪聲。零位漂移從13mg 降低到7mg，測量噪聲降低到5mg 以下。線圈W0為原邊線圈，W1和W2為副邊線圈，W1和W2匝數(shù)相同。當(dāng)對原邊線圈進(jìn)行通電時，2個副邊線圈產(chǎn)生出相應(yīng)的感生電壓。2個副邊線圈通過反串連接，使得輸出信號為2 個副邊線圈感生電壓之差。天平橫梁中心與一紫銅材質(zhì)U 形插板相連，U 形插板正好插在2 個副邊線圈對應(yīng)的位置。當(dāng)天平橫梁傾斜時，U 形插板也相應(yīng)地產(chǎn)生傾斜。這樣通過使副邊線圈W1和W2的磁介質(zhì)發(fā)生的變化，來達(dá)到2個副邊線圈產(chǎn)生出的感生電動勢不同達(dá)到對天平位移量進(jìn)行探測的目的。位移傳感器探測桿在磁場中的渦流仿真圖。在U形插板接近副邊線圈位置，產(chǎn)生的渦流非常明顯，會顯著提高位移傳感器的測量精度。

  能量天平反饋系統(tǒng)解決了天平測量過程中的平衡問題，實現(xiàn)了機械能量差與磁能量差的平衡; 同時，優(yōu)化了天平反饋系統(tǒng)，顯著降低了天平反饋系統(tǒng)漂移現(xiàn)象和天平零位噪聲，測量精度有了明顯的改善，零位漂移從13 mg降低到7 mg，測量噪聲降低到5 mg 以下。本工作為能量天平方案的實現(xiàn)打下良好的基礎(chǔ)，也可對其他相關(guān)工作提供參考和借鑒。