影响锌锰电池电性能参数检测的因素有哪些?
摘要：提出了影响锌锰电池电性能参数检测的因素；从使用方法及仪表技术性能两方面分析了检测中存在的问题；详述了指针式仪表和数字式仪表检测两者存在差异的原因，提出了消除这种差异的方法和选择仪表的原则，以使降低电性能参数检测的误判率。
关键词：锌锰电池；电性能参数；检测；阻尼；内阻
0 前言 开路电压是衡量干电池电性能的重要指标，负荷电压和短路电流虽然在国标GB/T7112-1998中不再列为电性能的考核指标，但其与前者一样是判断、分析、控制电池产品质量的主要参数。 电池放电过程特别是初始放电的非恒定性，测量仪表的选择和使用方法，对检测结果会产生较大的影响，即使是均经检定合格的仪表检测电池，检测结果也可能产生不一致。文章对影响干电池产品电性能参数检测中的问题进行讨论。
1 影响电池电性能参数检测的因素
(1)操作人员对仪表的使用方法不正确，引入粗大误差，造成测量结果错误。
(2)干电池的短路电流在测试状态下具有输出电流随时间变化快的特点，选用不同的仪表检测干电池的短路电流，所得的检测结果可能不相同。
(3)测量电池的开路电压时，直流电压表内阻的大小对测量结果产生较大的影响。
2 原因分析
2.1 使用仪表不正确造成粗大误差
2.1.1 读数视线的问题 电池行业用于检测干电池短路电流的检测仪表多为磁电系结构，0.5级的直流电流表。该类仪表的刻度板下有一块反射镜，作用是减少视差引起的误差。部分测量人员在读数时，视线未与标度尺垂直，不是读取指针、反射镜和刻度三线重合时的刻度值，指针在标尺上的投影不正确，产生视差。其粗大误差约为0.1A。
2.1.2 读数时机的问题 直流电流表测量短路电流时，操作人员在直流电流表指针指向最大值时就读取数据。对于是临界阻尼状态的仪表，安培表通电后指针摆起慢到位，到位后指针基本稳定，即指针的摆动峰值与稳定值基本一致，这时读数是合适的。但对于微欠阻尼状态的仪表，仪表通电后指针摆起快到位，到位后有一个过冲然后回摆的机械运动惯性现象，指针冲上去的最大值与稳定时的指示值可相差5％～10％。仪表指针未到稳定位置时读取数据，是错误的。
2.1.3 仪表放置的问题 测量人员不按照水平放置的要求放置仪表，其倾斜度与标准(水平)位置大于5度，造成仪表可动部份产生附加力矩，不平衡误差增大。仪表偏离水平位置越多，不平衡误差越大，仪表非线性误差越大。
2.1.4 测量线的问题 指针式仪表的测量线在长时间使用后，部份线芯断裂，测量线内阻增大，造成测量回路电阻大于0.0lΩ，短路电流偏低。由于不易发现测量线电芯断线，有时造成测量值偏差高达0.3A以上。
2.2 指针式电流表由于阻尼、稳定时间的不同引起测量电池的读数差异 磁电系结构的C19型电流表，技术标准的稳定时间都是不大于4s。不同厂家的仪表稳定时间相差达几倍。稳定时间是指针指示到2/3刻度盘长度处的那一点测量值时刻与指针运动到刻度盘终值处来回摆之差为1.5％的时刻之间的时间。仪表的准确度、稳定时间及阻尼需相互协调，才能准确、有效地测量。 首先，让我们了解仪表的阻尼状态，在接入被测量后，有3种阻尼状态。第1种是临界阻尼状态，这是最佳运动状态。指针停止在稳定偏转的时间最短。第Ⅱ种是欠阻尼状态，指针停止在稳定偏转之前要作一系列的衰减周期摆动。第Ⅲ种是过阻尼状态，指针不出现摆动，但也需要较多的时间，才能到达偏转稳定的位置。 其次从阻尼与仪表活动机构的固有频率的关系了解阻尼对仪表的误差影响。图3描绘了在不同阻尼系数(α)时，M与K关系，可见。值与振幅误差关系。如对于α=0.7，K=1时，振幅误差约为30％，测量频率只有固有频率的60％，即K=0.6时，振幅误差就小于5％。因而应根据测量目的选择仪表的准确度、阻尼、稳定时间。 2.3 指针式表与数字式表读数不一致的原因 数字式仪表由于具有响应快、读数直观准确、精度高的优点而被广泛应用到干电池的生产检测中，各种单参数、三参数的数字式电池检测仪器仪表已普遍使用。在干电池的生产流水线上，测试干电池的负荷电压，指针式仪表与数字式仪表读数基本一致， 但测试干电池的开路电压和短路电流时，指针式仪表与数字式仪表就经常出现读数不一致的情况。经检查分析，笔者认为原因如下： (1)电压表的内阻对干电池的开路电压测量有直接影响。测量开路电压时，电压表并联在被测对象上.如果所用的电压表内阻低，则仪表对被测线路分流作用大。公式(1)是电压表测量的计算值。C19-V型指针式仪表直流电压表的内阻为500~600Ω，而4位半的数字电压表的内阻大于1MΩ。由此必产生不同结果，经计算和实测，数字式仪表和指针式仪表的读数相差约30mV。 其中，Ro是被测量电池的等效内阻；Rv是电压表的内阻。
(2)测量负荷电压时，干电池对负荷电阻产生放电电流，干电池的负荷电压下降缓慢，指针式和数字式仪表的接人阻抗远大于被测锌锰电池的负荷电阻 (一般接3.9Ω电阻)，因而仪表内阻对干电池的负荷电压影响微小，此时指针式仪表和数字式仪表的读数一致。
(3)测量短路电流时，干电池的放电电流等于短路电流，干电池的内阻随放电时间变化大，此时两种仪表读数相差大的现象明显，原因主要有3个方面： ①指针表的内阻与数字表的内阻不同影响短路放电电阻而引起误差直流电流表的内阻，由于表头灵敏度的不同，内阻也不同。对于20A量程的C19型安培表，仪表内阻一般为0.00379Ω。同样，数字安培表，也是因为表头灵敏度不同，量程不同，内阻不同。对于20安培量程的数字电流表，内阻一般为0.01Ω。R20型干电池短路放电内阻一般在0.15~0.30Ω。以短路放电内阻为0.15Ω的干电池为例计算： a：内阻为0.00379Ω的C19型安培表接入测试，不考虑线路其他电阻的影响，得短路电流=1.5V÷(0.15Ω+0.00379Ω)= 9.754A b．若用内阻为0.01Ω的数字安培表接入测试，不考虑线路其他电阻的影响，得短路电流=1.5V÷(0.15Ω+0.01Ω)=9.375A 两种仪表的接人影响短路电流相差：a-b= 9.754A-9.375A=0.379A ②指针表的阻尼时间与数字表的读数取样时间不一致而引起误差在干电池短路放电的电流一时间关系曲线上 (见图5)，指针表的指针阻尼时间与数字表的读数取样时间不在同一时间点读数，因而读到的短路电流值不同。 C19型安培表的稳定时间技术标准是不大于4s，生产线用的三参数测试仪(数字安培表)由同步信号控制读数取样，读数取样时间一般少于5ms。 ③数字式仪表测试夹具的动触头接触不好。在生产流水线中，验电仪的测试夹具的触头与干电池产品接触频繁，触头会因通断时产生的微电火花形成局部氧化层，或沾有油污等，使触头与干电池产品的接触电阻增大，当接触电阻增大至10mΩ数量级时，因短路放电回路的测试电阻仅为10mΩ，对数字表的读数影响自然就不可忽视，如不及时清理触头，就会导致数字表不准。
3 解决方法
3.1 正确使用仪表，消除粗大误差
3.1.1 “视差”是人为的读数方法不正确带来的误差，可以消除。要求操作人员在测量时注意力集中，在读数时保证视线与仪表的标度盘垂直，使视线、指针与反射镜中的指针影三者在同一垂直平面。
3.1.2 仪表标度盘上的标志符号含义，表征仪表的工作原理、型号、被测量单位、工作位置、防御外界电磁场等主要技术特性，使用者应掌握。仪表的放置、使用环境应符合标志要求。
3.1.3 采用双臂电桥对指针式仪表的测量线测量，对电阻值大于5mΩ的测量线予以更换。采用音响线代替普通电线制作测量线，音响线线阻小，柔软性比普通电线好，不易折断。
3.2 根据工作情况合理选择仪表性能
3.2.1 在对电池进行最终检验的工序中，必须使用 0.2级以上的内阻大于1MΩ的数字式电压表测量开路电压。如生产流水线过程控制还需继续使用指针式电压表测量开路电压，对判断合格的测量点的值应加补偿值修正。
3.2.2 应选择稳定性好、可靠性高，即升降变差和不回零要小，阻尼良好的测量仪表。用于测量电池电流的仪表除符合国家标准规定的技术要求外，还增加要求：表头灵敏度为3~5mΩ，稳定时间少于1.5s，阻尼好，指针无过冲。对稳定时间长，欠阻尼状态的仪表，一概停用。为了选用稳定时间合适的测量仪表，我们自行设计了一个检测指针表的测时检测装置，该装置的原理框图如图6所示。
3.2.3 对验电仪之类的数字表要求保证测量触头干净，测头压力适当，测量线路的电阻小于0.01Ω。
4 结论通过对测量电池电性能仪表的合理选择和正确使用，提高了检测工作的有效性，降低了电性能参数检测的误判率，有效解决了各级检测工作的计量纠纷，保证了电池的产品质量。
参考文献：
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