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标准电池简介_构造_使用_注意事项等信息资料-华强电子网
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  标准电池是一种化学电池,由于其电动势比较稳定、复现性好,长期以来在国际上用作电压标准。在测量和校准各种电池的电压时,用作标准的辅助电池。根据电池中硫酸镉溶液的情况,分饱和式和不饱和式两种。

  标准电池的等级一般由国家计量部门制定的国家计量检定系统表和有关的国家标准所规定。中华人民共和国规定,作为计量标准用的标准电池,按其在计量检定系统表中的位置分为计量基准、计量标准和工作计量器具三档。按计量检定系统表的规定,较低档标准电池的量值由较高档传递。

  直流电动势基准是最高档的标准电池,保存在国家计量技术机构,用于复现和保存法定电压单位。为了提高电动势基准量值的稳定性,通常用多个高质量标准电池组成基准组,取其电动势值的平均值作为所保存的电动势量值。直流电动势基准组的年变化为 10-7量级。其电动势值的绝对值需用绝对测定的方法来确定(见电单位的绝对测定)。绝对测定的不确定度(见电磁测量误差)为10-6量级。

  为了使用方便,标准电池的稳定度也常用级别来表示。例如0.01级标准电池,表示其年变化在规定的参考条件下小于0.01%。中国的标准电池从0.0002~0.02级,共分为7个级别。

  饱和标准电池和不饱和标准电池的结构基本相同,正极为汞(Hg)、负极为镉汞齐(Hg Cd齐),二者的区别在于饱和电池的硫酸镉(CdSO4)溶液饱和,并有适量的硫酸镉晶体(见附图)。饱和标准电池的内阻约为700Ω,随着时间的增加,内阻逐渐稍有增大。若从标准电池中输出电流,则端电压要下降。因此,使用标准电池作为标准的电路时必须具有非常高的阻抗。不过,从标准电池中瞬时输出电流,一般并不永久损坏标准电池,但恢复原状要花时间。一只良好的标准电池若短路1s,要花约6h才能恢复。 质地优良的饱和标准电池具有长期稳定的电动势。不过,会受机械冲击、热冲击或温度变化的影响。通常,机械冲击的影响比温度变化影响小,几小时甚至几分钟就能恢复。只要电池处于良好状态,运输后的标准电池也能在几天之内恢复原状。当然,对剧烈的振动仍应避免。

  温度变化对标准电池的电动势影响很大,这种影响有两种形式:一是电动势随温度变化,二是滞后影响。

  标准电池不允许晃动、侧放,并避免剧烈震动或倒置,否则会引起不可逆的变化,甚至损坏。标准电池不能作为输出电功率的原电池,在使用时通过标准电池的电流一般不能超过 1微安。过大的电流将使电动势产生不可恢复的改变。

  饱和式标准电池的电动势的温度系数较大,约为4×10-5/开,一般情况下应该保证检定时和使用时的温度相一致。如果两者有差别,则需要用插值公式进行修正。在精密测量中,为了保证标准电池电动势值的稳定,需要把标准电池放在自动控制温度的油槽中。油槽的温度变化范围约为±0.01开,高质量的油槽可达到±0.001开。70年代以来,发展了用电子装置控制的空气恒温槽,其温度稳定性较高,而且可以做成便携式的,因而得到广泛使用。

  不饱和式标准电池的电动势的温度系数较小,约为5×10-6/开左右,对机械冲击的敏感性也较小。其缺点是稳定性不如饱和式的高。不饱和式标准电池的年变化约为(50~100)×10-6。

  由于标准电池有脆弱、不易运输、温度系数较大等缺点,20世纪70年代以来发展了一系列可用作电压标准的精密稳压二极管,端电压为1~10伏,温度系数小于1×10-6/开,年变化可小于2×10-6,在很多场合下可取代传统的标准电池。

  ①标准电池不允许倾斜,更不允许摇晃和倒置,否则会使玻璃管内的化学物质混成一体,从而影响电动势值和稳定性,甚至不能使用。凡运输后的标准电池必须静置足够时间后才能再用;凡被颠倒过的电池经考核合格后方可使用。

  ②不能过载。标准电池一般仅允许通过小于1μA的电流,否则会因极化而引起电动势不稳定;流过标准电池的电流不能超过允许值;不要用手同时触摸两个端钮,以防人体将两极短路;绝不允许用电压表或万用表去测量标准电池的电动势值,因为这种仪表的内阻不够大,会使电池放电电流过大。

  ③使用和存放的温度、湿度必须符合规定。温度波动要小,以防滞后效应带来误差。温度梯度要小,以防两电极温度不一致,若两极间温度差为0.1℃,则会有约30pV的电动势偏差。因此,电池附近不能有冷源、热源,移动到新温度下时必须保持恒温一段时间后方可使用。

  ④不应受阳光、灯光直射。因为标准电池的去极化剂硫酸亚汞是一种光敏物质,受光照后会变质,将使极化和滞后都变得严重。

  ⑤标准电池的极性不能接反。由于齐纳二极管的端电压与反向电流在小范围内的波动几乎无关,也可将其作为电动势标准,用于仪器中,代替标准电池。


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