影響鋅錳電池電性能參數(shù)檢測(cè)的因素有哪些?
摘要：提出了影響鋅錳電池電性能參數(shù)檢測(cè)的因素；從使用方法及儀表技術(shù)性能兩方面分析了檢測(cè)中存在的問(wèn)題；詳述了指針式儀表和數(shù)字式儀表檢測(cè)兩者存在差異的原因，提出了消除這種差異的方法和選擇儀表的原則，以使降低電性能參數(shù)檢測(cè)的誤判率。
關(guān)鍵詞：鋅錳電池；電性能參數(shù)；檢測(cè)；阻尼；內(nèi)阻
0 前言 開(kāi)路電壓是衡量干電池電性能的重要指標(biāo)，負(fù)荷電壓和短路電流雖然在國(guó)標(biāo)GB/T7112-1998中不再列為電性能的考核指標(biāo)，但其與前者一樣是判斷、分析、控制電池產(chǎn)品質(zhì)量的主要參數(shù)。 電池放電過(guò)程特別是初始放電的非恒定性，測(cè)量?jī)x表的選擇和使用方法，對(duì)檢測(cè)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大的影響，即使是均經(jīng)檢定合格的儀表檢測(cè)電池，檢測(cè)結(jié)果也可能產(chǎn)生不一致。文章對(duì)影響干電池產(chǎn)品電性能參數(shù)檢測(cè)中的問(wèn)題進(jìn)行討論。
1 影響電池電性能參數(shù)檢測(cè)的因素
(1)操作人員對(duì)儀表的使用方法不正確，引入粗大誤差，造成測(cè)量結(jié)果錯(cuò)誤。
(2)干電池的短路電流在測(cè)試狀態(tài)下具有輸出電流隨時(shí)間變化快的特點(diǎn)，選用不同的儀表檢測(cè)干電池的短路電流，所得的檢測(cè)結(jié)果可能不相同。
(3)測(cè)量電池的開(kāi)路電壓時(shí)，直流電壓表內(nèi)阻的大小對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。
2 原因分析
2.1 使用儀表不正確造成粗大誤差
2.1.1 讀數(shù)視線的問(wèn)題 電池行業(yè)用于檢測(cè)干電池短路電流的檢測(cè)儀表多為磁電系結(jié)構(gòu)，0.5級(jí)的直流電流表。該類儀表的刻度板下有一塊反射鏡，作用是減少視差引起的誤差。部分測(cè)量人員在讀數(shù)時(shí)，視線未與標(biāo)度尺垂直，不是讀取指針、反射鏡和刻度三線重合時(shí)的刻度值，指針在標(biāo)尺上的投影不正確，產(chǎn)生視差。其粗大誤差約為0.1A。
2.1.2 讀數(shù)時(shí)機(jī)的問(wèn)題 直流電流表測(cè)量短路電流時(shí)，操作人員在直流電流表指針指向最大值時(shí)就讀取數(shù)據(jù)。對(duì)于是臨界阻尼狀態(tài)的儀表，安培表通電后指針擺起慢到位，到位后指針基本穩(wěn)定，即指針的擺動(dòng)峰值與穩(wěn)定值基本一致，這時(shí)讀數(shù)是合適的。但對(duì)于微欠阻尼狀態(tài)的儀表，儀表通電后指針擺起快到位，到位后有一個(gè)過(guò)沖然后回?cái)[的機(jī)械運(yùn)動(dòng)慣性現(xiàn)象，指針沖上去的最大值與穩(wěn)定時(shí)的指示值可相差5％～10％。儀表指針未到穩(wěn)定位置時(shí)讀取數(shù)據(jù)，是錯(cuò)誤的。
2.1.3 儀表放置的問(wèn)題 測(cè)量人員不按照水平放置的要求放置儀表，其傾斜度與標(biāo)準(zhǔn)(水平)位置大于5度，造成儀表可動(dòng)部份產(chǎn)生附加力矩，不平衡誤差增大。儀表偏離水平位置越多，不平衡誤差越大，儀表非線性誤差越大。
2.1.4 測(cè)量線的問(wèn)題 指針式儀表的測(cè)量線在長(zhǎng)時(shí)間使用后，部份線芯斷裂，測(cè)量線內(nèi)阻增大，造成測(cè)量回路電阻大于0.0lΩ，短路電流偏低。由于不易發(fā)現(xiàn)測(cè)量線電芯斷線，有時(shí)造成測(cè)量值偏差高達(dá)0.3A以上。
2.2 指針式電流表由于阻尼、穩(wěn)定時(shí)間的不同引起測(cè)量電池的讀數(shù)差異 磁電系結(jié)構(gòu)的C19型電流表，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定時(shí)間都是不大于4s。不同廠家的儀表穩(wěn)定時(shí)間相差達(dá)幾倍。穩(wěn)定時(shí)間是指針指示到2/3刻度盤長(zhǎng)度處的那一點(diǎn)測(cè)量值時(shí)刻與指針運(yùn)動(dòng)到刻度盤終值處來(lái)回?cái)[之差為1.5％的時(shí)刻之間的時(shí)間。儀表的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定時(shí)間及阻尼需相互協(xié)調(diào)，才能準(zhǔn)確、有效地測(cè)量。 首先，讓我們了解儀表的阻尼狀態(tài)，在接入被測(cè)量后，有3種阻尼狀態(tài)。第1種是臨界阻尼狀態(tài)，這是最佳運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。指針停止在穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)的時(shí)間最短。第Ⅱ種是欠阻尼狀態(tài)，指針停止在穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)之前要作一系列的衰減周期擺動(dòng)。第Ⅲ種是過(guò)阻尼狀態(tài)，指針不出現(xiàn)擺動(dòng)，但也需要較多的時(shí)間，才能到達(dá)偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定的位置。 其次從阻尼與儀表活動(dòng)機(jī)構(gòu)的固有頻率的關(guān)系了解阻尼對(duì)儀表的誤差影響。圖3描繪了在不同阻尼系數(shù)(α)時(shí)，M與K關(guān)系，可見(jiàn)。值與振幅誤差關(guān)系。如對(duì)于α=0.7，K=1時(shí)，振幅誤差約為30％，測(cè)量頻率只有固有頻率的60％，即K=0.6時(shí)，振幅誤差就小于5％。因而應(yīng)根據(jù)測(cè)量目的選擇儀表的準(zhǔn)確度、阻尼、穩(wěn)定時(shí)間。 2.3 指針式表與數(shù)字式表讀數(shù)不一致的原因 數(shù)字式儀表由于具有響應(yīng)快、讀數(shù)直觀準(zhǔn)確、精度高的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用到干電池的生產(chǎn)檢測(cè)中，各種單參數(shù)、三參數(shù)的數(shù)字式電池檢測(cè)儀器儀表已普遍使用。在干電池的生產(chǎn)流水線上，測(cè)試干電池的負(fù)荷電壓，指針式儀表與數(shù)字式儀表讀數(shù)基本一致， 但測(cè)試干電池的開(kāi)路電壓和短路電流時(shí)，指針式儀表與數(shù)字式儀表就經(jīng)常出現(xiàn)讀數(shù)不一致的情況。經(jīng)檢查分析，筆者認(rèn)為原因如下： (1)電壓表的內(nèi)阻對(duì)干電池的開(kāi)路電壓測(cè)量有直接影響。測(cè)量開(kāi)路電壓時(shí)，電壓表并聯(lián)在被測(cè)對(duì)象上.如果所用的電壓表內(nèi)阻低，則儀表對(duì)被測(cè)線路分流作用大。公式(1)是電壓表測(cè)量的計(jì)算值。C19-V型指針式儀表直流電壓表的內(nèi)阻為500~600Ω，而4位半的數(shù)字電壓表的內(nèi)阻大于1MΩ。由此必產(chǎn)生不同結(jié)果，經(jīng)計(jì)算和實(shí)測(cè)，數(shù)字式儀表和指針式儀表的讀數(shù)相差約30mV。 其中，Ro是被測(cè)量電池的等效內(nèi)阻；Rv是電壓表的內(nèi)阻。
(2)測(cè)量負(fù)荷電壓時(shí)，干電池對(duì)負(fù)荷電阻產(chǎn)生放電電流，干電池的負(fù)荷電壓下降緩慢，指針式和數(shù)字式儀表的接人阻抗遠(yuǎn)大于被測(cè)鋅錳電池的負(fù)荷電阻 (一般接3.9Ω電阻)，因而儀表內(nèi)阻對(duì)干電池的負(fù)荷電壓影響微小，此時(shí)指針式儀表和數(shù)字式儀表的讀數(shù)一致。
(3)測(cè)量短路電流時(shí)，干電池的放電電流等于短路電流，干電池的內(nèi)阻隨放電時(shí)間變化大，此時(shí)兩種儀表讀數(shù)相差大的現(xiàn)象明顯，原因主要有3個(gè)方面： ①指針表的內(nèi)阻與數(shù)字表的內(nèi)阻不同影響短路放電電阻而引起誤差直流電流表的內(nèi)阻，由于表頭靈敏度的不同，內(nèi)阻也不同。對(duì)于20A量程的C19型安培表，儀表內(nèi)阻一般為0.00379Ω。同樣，數(shù)字安培表，也是因?yàn)楸眍^靈敏度不同，量程不同，內(nèi)阻不同。對(duì)于20安培量程的數(shù)字電流表，內(nèi)阻一般為0.01Ω。R20型干電池短路放電內(nèi)阻一般在0.15~0.30Ω。以短路放電內(nèi)阻為0.15Ω的干電池為例計(jì)算： a：內(nèi)阻為0.00379Ω的C19型安培表接入測(cè)試，不考慮線路其他電阻的影響，得短路電流=1.5V÷(0.15Ω+0.00379Ω)= 9.754A b．若用內(nèi)阻為0.01Ω的數(shù)字安培表接入測(cè)試，不考慮線路其他電阻的影響，得短路電流=1.5V÷(0.15Ω+0.01Ω)=9.375A 兩種儀表的接人影響短路電流相差：a-b= 9.754A-9.375A=0.379A ②指針表的阻尼時(shí)間與數(shù)字表的讀數(shù)取樣時(shí)間不一致而引起誤差在干電池短路放電的電流一時(shí)間關(guān)系曲線上 (見(jiàn)圖5)，指針表的指針阻尼時(shí)間與數(shù)字表的讀數(shù)取樣時(shí)間不在同一時(shí)間點(diǎn)讀數(shù)，因而讀到的短路電流值不同。 C19型安培表的穩(wěn)定時(shí)間技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是不大于4s，生產(chǎn)線用的三參數(shù)測(cè)試儀(數(shù)字安培表)由同步信號(hào)控制讀數(shù)取樣，讀數(shù)取樣時(shí)間一般少于5ms。 ③數(shù)字式儀表測(cè)試夾具的動(dòng)觸頭接觸不好。在生產(chǎn)流水線中，驗(yàn)電儀的測(cè)試夾具的觸頭與干電池產(chǎn)品接觸頻繁，觸頭會(huì)因通斷時(shí)產(chǎn)生的微電火花形成局部氧化層，或沾有油污等，使觸頭與干電池產(chǎn)品的接觸電阻增大，當(dāng)接觸電阻增大至10mΩ數(shù)量級(jí)時(shí)，因短路放電回路的測(cè)試電阻僅為10mΩ，對(duì)數(shù)字表的讀數(shù)影響自然就不可忽視，如不及時(shí)清理觸頭，就會(huì)導(dǎo)致數(shù)字表不準(zhǔn)。
3 解決方法
3.1 正確使用儀表，消除粗大誤差
3.1.1 “視差”是人為的讀數(shù)方法不正確帶來(lái)的誤差，可以消除。要求操作人員在測(cè)量時(shí)注意力集中，在讀數(shù)時(shí)保證視線與儀表的標(biāo)度盤垂直，使視線、指針與反射鏡中的指針影三者在同一垂直平面。
3.1.2 儀表標(biāo)度盤上的標(biāo)志符號(hào)含義，表征儀表的工作原理、型號(hào)、被測(cè)量單位、工作位置、防御外界電磁場(chǎng)等主要技術(shù)特性，使用者應(yīng)掌握。儀表的放置、使用環(huán)境應(yīng)符合標(biāo)志要求。
3.1.3 采用雙臂電橋?qū)χ羔樖絻x表的測(cè)量線測(cè)量，對(duì)電阻值大于5mΩ的測(cè)量線予以更換。采用音響線代替普通電線制作測(cè)量線，音響線線阻小，柔軟性比普通電線好，不易折斷。
3.2 根據(jù)工作情況合理選擇儀表性能
?3.2.1 在對(duì)電池進(jìn)行最終檢驗(yàn)的工序中，必須使用 0.2級(jí)以上的內(nèi)阻大于1MΩ的數(shù)字式電壓表測(cè)量開(kāi)路電壓。如生產(chǎn)流水線過(guò)程控制還需繼續(xù)使用指針式電壓表測(cè)量開(kāi)路電壓，對(duì)判斷合格的測(cè)量點(diǎn)的值應(yīng)加補(bǔ)償值修正。
3.2.2 應(yīng)選擇穩(wěn)定性好、可靠性高，即升降變差和不回零要小，阻尼良好的測(cè)量?jī)x表。用于測(cè)量電池電流的儀表除符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的技術(shù)要求外，還增加要求：表頭靈敏度為3~5mΩ，穩(wěn)定時(shí)間少于1.5s，阻尼好，指針無(wú)過(guò)沖。對(duì)穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，欠阻尼狀態(tài)的儀表，一概停用。為了選用穩(wěn)定時(shí)間合適的測(cè)量?jī)x表，我們自行設(shè)計(jì)了一個(gè)檢測(cè)指針表的測(cè)時(shí)檢測(cè)裝置，該裝置的原理框圖如圖6所示。
3.2.3 對(duì)驗(yàn)電儀之類的數(shù)字表要求保證測(cè)量觸頭干凈，測(cè)頭壓力適當(dāng)，測(cè)量線路的電阻小于0.01Ω。
4 結(jié)論通過(guò)對(duì)測(cè)量電池電性能儀表的合理選擇和正確使用，提高了檢測(cè)工作的有效性，降低了電性能參數(shù)檢測(cè)的誤判率，有效解決了各級(jí)檢測(cè)工作的計(jì)量糾紛，保證了電池的產(chǎn)品質(zhì)量。
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