影響鋅錳電池電性能參數(shù)檢測的因素有哪些?

摘要：提出了影響鋅錳電池電性能參數(shù)檢測的因素；從使用方法及儀表技術(shù)性能兩方面分析了檢測中存在的問題；詳述了指針式儀表和數(shù)字式儀表檢測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)檢測的誤判率。

　　關(guān)鍵詞：鋅錳電池；電性能參數(shù)；檢測；阻尼；內(nèi)阻

　　0 前言 開路電壓是衡量干電池電性能的重要指標，負荷電壓和短路電流雖然在國標GB/T7112-1998中不再列為電性能的考核指標，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)。 電池放電過程特別是初始放電的非恒定性，測量儀表的選擇和使用方法，對檢測結(jié)果會產(chǎn)生較大的影響，即使是均經(jīng)檢定合格的儀表檢測電池，檢測結(jié)果也可能產(chǎn)生不一致。文章對影響干電池產(chǎn)品電性能參數(shù)檢測中的問題進行討論。

　　1 影響電池電性能參數(shù)檢測的因素

　　(1)操作人員對儀表的使用方法不正確，引入粗大誤差，造成測量結(jié)果錯誤。

　　(2)干電池的短路電流在測試狀態(tài)下具有輸出電流隨時間變化快的特點，選用不同的儀表檢測干電池的短路電流，所得的檢測結(jié)果可能不相同。
(3)測量電池的開路電壓時，直流電壓表內(nèi)阻的大小對測量結(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)視線的問題 電池行業(yè)用于檢測干電池短路電流的檢測儀表多為磁電系結(jié)構(gòu)，0.5級的直流電流表。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。部分測量人員在讀數(shù)時，視線未與標度尺垂直，不是讀取指針、反射鏡和刻度三線重合時的刻度值，指針在標尺上的投影不正確，產(chǎn)生視差。其粗大誤差約為0.1A。

　　2.1.2 讀數(shù)時機的問題 直流電流表測量短路電流時，操作人員在直流電流表指針指向最大值時就讀取數(shù)據(jù)。對于是臨界阻尼狀態(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，即指針的擺動峰值與穩(wěn)定值基本一致，這時讀數(shù)是合適的。但對于微欠阻尼狀態(tài)的儀表，儀表通電后指針擺起快到位，到位后有一個過沖然后回擺的機械運動慣性現(xiàn)象，指針沖上去的最大值與穩(wěn)定時的指示值可相差5％～10％。儀表指針未到穩(wěn)定位置時讀取數(shù)據(jù)，是錯誤的。

　　2.1.3 儀表放置的問題 測量人員不按照水平放置的要求放置儀表，其傾斜度與標準(水平)位置大于5度，造成儀表可動部份產(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 測量線的問題 指針式儀表的測量線在長時間使用后，部份線芯斷裂，測量線內(nèi)阻增大，造成測量回路電阻大于0.0lΩ，短路電流偏低。由于不易發(fā)現(xiàn)測量線電芯斷線，有時造成測量值偏差高達0.3A以上。

　　2.2 指針式電流表由于阻尼、穩(wěn)定時間的不同引起測量電池的讀數(shù)差異 磁電系結(jié)構(gòu)的C19型電流表，技術(shù)標準的穩(wěn)定時間都是不大于4s。不同廠家的儀表穩(wěn)定時間相差達幾倍。穩(wěn)定時間是指針指示到2/3刻度盤長度處的那一點測量值時刻與指針運動到刻度盤終值處來回擺之差為1.5％的時刻之間的時間。儀表的準確度、穩(wěn)定時間及阻尼需相互協(xié)調(diào)，才能準確、有效地測量。 首先，讓我們了解儀表的阻尼狀態(tài)，在接入被測量后，有3種阻尼狀態(tài)。第1種是臨界阻尼狀態(tài)，這是最佳運動狀態(tài)。指針停止在穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)的時間最短。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。第Ⅲ種是過阻尼狀態(tài)，指針不出現(xiàn)擺動，但也需要較多的時間，才能到達偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定的位置。 其次從阻尼與儀表活動機構(gòu)的固有頻率的關(guān)系了解阻尼對儀表的誤差影響。圖3描繪了在不同阻尼系數(shù)(α)時，M與K關(guān)系，可見。值與振幅誤差關(guān)系。如對于α=0.7，K=1時，振幅誤差約為30％，測量頻率只有固有頻率的60％，即K=0.6時，振幅誤差就小于5％。因而應根據(jù)測量目的選擇儀表的準確度、阻尼、穩(wěn)定時間。 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快、讀數(shù)直觀準確、精度高的優(yōu)點而被廣泛應用到干電池的生產(chǎn)檢測中，各種單參數(shù)、三參數(shù)的數(shù)字式電池檢測儀器儀表已普遍使用。在干電池的生產(chǎn)流水線上，測試干電池的負荷電壓，指針式儀表與數(shù)字式儀表讀數(shù)基本一致， 但測試干電池的開路電壓和短路電流時，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，筆者認為原因如下： (1)電壓表的內(nèi)阻對干電池的開路電壓測量有直接影響。測量開路電壓時，電壓表并聯(lián)在被測對象上.如果所用的電壓表內(nèi)阻低，則儀表對被測線路分流作用大。公式(1)是電壓表測量的計算值。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)計算和實測，數(shù)字式儀表和指針式儀表的讀數(shù)相差約30mV。 其中，Ro是被測量電池的等效內(nèi)阻；Rv是電壓表的內(nèi)阻。

　　(2)測量負荷電壓時，干電池對負荷電阻產(chǎn)生放電電流，干電池的負荷電壓下降緩慢，指針式和數(shù)字式儀表的接人阻抗遠大于被測鋅錳電池的負荷電阻 (一般接3.9Ω電阻)，因而儀表內(nèi)阻對干電池的負荷電壓影響微小，此時指針式儀表和數(shù)字式儀表的讀數(shù)一致。

　　(3)測量短路電流時，干電池的放電電流等于短路電流，干電池的內(nèi)阻隨放電時間變化大，此時兩種儀表讀數(shù)相差大的現(xiàn)象明顯，原因主要有3個方面： 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，也是因為表頭靈敏度不同，量程不同，內(nèi)阻不同。對于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的干電池為例計算： a：內(nèi)阻為0.00379Ω的C19型安培表接入測試，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指針表的阻尼時間與數(shù)字表的讀數(shù)取樣時間不一致而引起誤差在干電池短路放電的電流一時間關(guān)系曲線上 (見圖5)，指針表的指針阻尼時間與數(shù)字表的讀數(shù)取樣時間不在同一時間點讀數(shù)，因而讀到的短路電流值不同。 C19型安培表的穩(wěn)定時間技術(shù)標準是不大于4s，生產(chǎn)線用的三參數(shù)測試儀(數(shù)字安培表)由同步信號控制讀數(shù)取樣，讀數(shù)取樣時間一般少于5ms。 ③數(shù)字式儀表測試夾具的動觸頭接觸不好。在生產(chǎn)流水線中，驗電儀的測試夾具的觸頭與干電池產(chǎn)品接觸頻繁，觸頭會因通斷時產(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，當接觸電阻增大至10mΩ數(shù)量級時，因短路放電回路的測試電阻僅為10mΩ，對數(shù)字表的讀數(shù)影響自然就不可忽視，如不及時清理觸頭，就會導致數(shù)字表不準。

　　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)方法不正確帶來的誤差，可以消除。要求操作人員在測量時注意力集中，在讀數(shù)時保證視線與儀表的標度盤垂直，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 儀表標度盤上的標志符號含義，表征儀表的工作原理、型號、被測量單位、工作位置、防御外界電磁場等主要技術(shù)特性，使用者應掌握。儀表的放置、使用環(huán)境應符合標志要求。

　　3.1.3 采用雙臂電橋?qū)χ羔樖絻x表的測量線測量，對電阻值大于5mΩ的測量線予以更換。采用音響線代替普通電線制作測量線，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 在對電池進行最終檢驗的工序中，必須使用 0.2級以上的內(nèi)阻大于1MΩ的數(shù)字式電壓表測量開路電壓。如生產(chǎn)流水線過程控制還需繼續(xù)使用指針式電壓表測量開路電壓，對判斷合格的測量點的值應加補償值修正。

　　3.2.2 應選擇穩(wěn)定性好、可靠性高，即升降變差和不回零要小，阻尼良好的測量儀表。用于測量電池電流的儀表除符合國家標準規(guī)定的技術(shù)要求外，還增加要求：表頭靈敏度為3~5mΩ，穩(wěn)定時間少于1.5s，阻尼好，指針無過沖。對穩(wěn)定時間長，欠阻尼狀態(tài)的儀表，一概停用。為了選用穩(wěn)定時間合適的測量儀表，我們自行設(shè)計了一個檢測指針表的測時檢測裝置，該裝置的原理框圖如圖6所示。

　　3.2.3 對驗電儀之類的數(shù)字表要求保證測量觸頭干凈，測頭壓力適當，測量線路的電阻小于0.01Ω。

　　4 結(jié)論通過對測量電池電性能儀表的合理選擇和正確使用，提高了檢測工作的有效性，降低了電性能參數(shù)檢測的誤判率，有效解決了各級檢測工作的計量糾紛，保證了電池的產(chǎn)品質(zhì)量。

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