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標(biāo)準(zhǔn)電池的等級(jí)一般由國(guó)家計(jì)量部門制定的國(guó)家計(jì)量檢定系統(tǒng)表和有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定。中華人民共和國(guó)規(guī)定,作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)電池,按其在計(jì)量檢定系統(tǒng)表中的位置分為計(jì)量基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和工作計(jì)量器具三檔。按計(jì)量檢定系統(tǒng)表的規(guī)定,較低檔標(biāo)準(zhǔn)電池的量值由較高檔傳遞。

直流電動(dòng)勢(shì)基準(zhǔn)是最高檔的標(biāo)準(zhǔn)電池,保存在國(guó)家計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu),用于復(fù)現(xiàn)和保存法定電壓?jiǎn)挝�。為了提高電�?dòng)勢(shì)基準(zhǔn)量值的穩(wěn)定性,通常用多個(gè)高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)電池組成基準(zhǔn)組,取其電動(dòng)勢(shì)值的平均值作為所保存的電動(dòng)勢(shì)量值。直流電動(dòng)勢(shì)基準(zhǔn)組的年變化為 10-7量級(jí)。其電動(dòng)勢(shì)值的絕對(duì)值需用絕對(duì)測(cè)定的方法來(lái)確定(見(jiàn)電單位的絕對(duì)測(cè)定)。絕對(duì)測(cè)定的不確定度(見(jiàn)電磁測(cè)量誤差)為10-6量級(jí)。

為了使用方便,標(biāo)準(zhǔn)電池的穩(wěn)定度也常用級(jí)別來(lái)表示。例如0.01級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電池,表示其年變化在規(guī)定的參考條件下小于0.01%。中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)電池從0.0002~0.02級(jí),共分為7個(gè)級(jí)別。

飽和標(biāo)準(zhǔn)電池和不飽和標(biāo)準(zhǔn)電池的結(jié)構(gòu)基本相同,正極為汞(Hg)、負(fù)極為鎘汞齊(Hg Cd齊),二者的區(qū)別在于飽和電池的硫酸鎘(CdSO4)溶液飽和,并有適量的硫酸鎘晶體(見(jiàn)附圖)。飽和標(biāo)準(zhǔn)電池的內(nèi)阻約為700Ω,隨著時(shí)間的增加,內(nèi)阻逐漸稍有增大。若從標(biāo)準(zhǔn)電池中輸出電流,則端電壓要下降。因此,使用標(biāo)準(zhǔn)電池作為標(biāo)準(zhǔn)的電路時(shí)必須具有非常高的阻抗。不過(guò),從標(biāo)準(zhǔn)電池中瞬時(shí)輸出電流,一般并不永久損壞標(biāo)準(zhǔn)電池,但恢復(fù)原狀要花時(shí)間。一只良好的標(biāo)準(zhǔn)電池若短路1s,要花約6h才能恢復(fù)。 質(zhì)地優(yōu)良的飽和標(biāo)準(zhǔn)電池具有長(zhǎng)期穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì)。不過(guò),會(huì)受機(jī)械沖擊、熱沖擊或溫度變化的影響。通常,機(jī)械沖擊的影響比溫度變化影響小,幾小時(shí)甚至幾分鐘就能恢復(fù)。只要電池處于良好狀態(tài),運(yùn)輸后的標(biāo)準(zhǔn)電池也能在幾天之內(nèi)恢復(fù)原狀。當(dāng)然,對(duì)劇烈的振動(dòng)仍應(yīng)避免。

溫度變化對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)影響很大,這種影響有兩種形式:一是電動(dòng)勢(shì)隨溫度變化,二是滯后影響。

標(biāo)準(zhǔn)電池不允許晃動(dòng)、側(cè)放,并避免劇烈震動(dòng)或倒置,否則會(huì)引起不可逆的變化,甚至損壞。標(biāo)準(zhǔn)電池不能作為輸出電功率的原電池,在使用時(shí)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電池的電流一般不能超過(guò) 1微安。過(guò)大的電流將使電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生不可恢復(fù)的改變。

飽和式標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)的溫度系數(shù)較大,約為4×10-5/開,一般情況下應(yīng)該保證檢定時(shí)和使用時(shí)的溫度相一致。如果兩者有差別,則需要用插值公式進(jìn)行修正。在精密測(cè)量中,為了保證標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)值的穩(wěn)定,需要把標(biāo)準(zhǔn)電池放在自動(dòng)控制溫度的油槽中。油槽的溫度變化范圍約為±0.01開,高質(zhì)量的油槽可達(dá)到±0.001開。70年代以來(lái),發(fā)展了用電子裝置控制的空氣恒溫槽,其溫度穩(wěn)定性較高,而且可以做成便攜式的,因而得到廣泛使用。

不飽和式標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)的溫度系數(shù)較小,約為5×10-6/開左右,對(duì)機(jī)械沖擊的敏感性也較小。其缺點(diǎn)是穩(wěn)定性不如飽和式的高。不飽和式標(biāo)準(zhǔn)電池的年變化約為(50~100)×10-6。

由于標(biāo)準(zhǔn)電池有脆弱、不易運(yùn)輸、溫度系數(shù)較大等缺點(diǎn),20世紀(jì)70年代以來(lái)發(fā)展了一系列可用作電壓標(biāo)準(zhǔn)的精密穩(wěn)壓二極管,端電壓為1~10伏,溫度系數(shù)小于1×10-6/開,年變化可小于2×10-6,在很多場(chǎng)合下可取代傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)電池。

從標(biāo)準(zhǔn)電池的原理、結(jié)構(gòu)、特性可知,在使用標(biāo)準(zhǔn)電池時(shí)需注意以下五點(diǎn)。

1、標(biāo)準(zhǔn)電池不允許傾斜,更不允許搖晃和倒置,否則會(huì)使玻璃管內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)混成一體,從而影響電動(dòng)勢(shì)值和穩(wěn)定性,甚至不能使用。凡運(yùn)輸后的標(biāo)準(zhǔn)電池必須靜置足夠時(shí)間后才能再用;凡被顛倒過(guò)的電池經(jīng)考核合格后方可使用。

2、不能過(guò)載。標(biāo)準(zhǔn)電池一般僅允許通過(guò)小于1μA的電流,否則會(huì)因極化而引起電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定;流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電池的電流不能超過(guò)允許值;不要用手同時(shí)觸摸兩個(gè)端鈕,以防人體將兩極短路;絕不允許用電壓表或萬(wàn)用表去測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)值,因?yàn)檫@種儀表的內(nèi)阻不夠大,會(huì)使電池放電電流過(guò)大。

3、使用和存放的溫度、濕度必須符合規(guī)定。溫度波動(dòng)要小,以防滯后效應(yīng)帶來(lái)誤差。溫度梯度要小,以防兩電極溫度不一致,若兩極間溫度差為0.1℃,則會(huì)有約30pV的電動(dòng)勢(shì)偏差。因此,電池附近不能有冷源、熱源,移動(dòng)到新溫度下時(shí)必須保持恒溫一段時(shí)間后方可使用。

4、不應(yīng)受陽(yáng)光、燈光直射。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)電池的去極化劑硫酸亞汞是一種光敏物質(zhì),受光照后會(huì)變質(zhì),將使極化和滯后都變得嚴(yán)重。

5、標(biāo)準(zhǔn)電池的極性不能接反。由于齊納二極管的端電壓與反向電流在小范圍內(nèi)的波動(dòng)幾乎無(wú)關(guān),也可將其作為電動(dòng)勢(shì)標(biāo)準(zhǔn),用于儀器中,代替標(biāo)準(zhǔn)電池。