鉛酸蓄電池極板檢測(cè)用反極表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱浩宇

河北保定第一中學(xué)，河北保定 071051

0 引言

鉛酸蓄電池是目前大容量電池的主要品種，經(jīng)過(guò)百余年的發(fā)展與完善以其成本低、電壓高、原材料豐富、制造工藝簡(jiǎn)單而在通訊、交通、電力等部門(mén)得到了廣泛應(yīng)用。結(jié)合高中化學(xué)我們所學(xué)的有關(guān)原電池內(nèi)容，通過(guò)到蓄電池廠參觀學(xué)習(xí)，我了解到有關(guān)蓄電池的一些基本知識(shí)。

1 蓄電池的工作原理

所謂蓄電池即是貯存化學(xué)能量，于必要時(shí)放出電能的一種電化學(xué)裝置。構(gòu)成鉛蓄電池的主要成份如下：1）陽(yáng)極板（二氧化鉛PbO2）→ 活性物質(zhì)；2）陰極板（海綿狀鉛Pb） → 活性物質(zhì)；3）電解液（稀硫酸） → 硫酸.H2SO4+ 水 .H2O；4）電池外殼；5）隔離板；6）其它（排氣栓、蓋子等）。

1）放電中的化學(xué)變化

蓄電池在連接外部電路放電時(shí)，稀硫酸即會(huì)與陰、陽(yáng)極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生如下反應(yīng)，生成新化合物----硫酸鉛并在兩極間產(chǎn)生2V的電壓。

（陽(yáng)極） （電解液） （陰極）

PbO2+ 2H2SO4+ Pb → PbSO4+ 2H2O + PbSO4

（放電反應(yīng)）（二氧化鉛） （硫酸）（海綿狀鉛）

經(jīng)由放電，硫酸成分從電解液中釋出，放電愈久，硫酸濃度愈稀薄。所消耗之成份與放電量成比例，只要測(cè)得電解液中的硫酸濃度，亦即測(cè)其比重，即可得知放電量或殘余電量。

2）充電中的化學(xué)變化

當(dāng)給蓄電池外接電源充電時(shí)，會(huì)發(fā)生如下的反應(yīng)：

（陽(yáng)極）（電解液）（陰極）

PbSO4+ 2H2O + PbSO4→PbO2+ 2H2SO4+ Pb （充電反應(yīng)）

（硫酸鉛） （水） （硫酸鉛）

很顯然，由于放電時(shí)在陽(yáng)極板、陰極板上所產(chǎn)生的硫酸鉛會(huì)在充電時(shí)被分解還原成硫酸、鉛及二氧化鉛，因此電池內(nèi)電解液的濃度逐漸增加，并逐漸恢復(fù)到放電前的濃度，這種變化顯示出蓄電池中的活性物質(zhì)已還原到可以再度供電的狀態(tài)。

2 反極表在蓄電池裝配中的作用

在蓄電池生產(chǎn)過(guò)程中除極板制造外，其裝配過(guò)程對(duì)蓄電池質(zhì)量的影響也是非常關(guān)鍵的。

綜上所述，在復(fù)雜多層土質(zhì)條件下，不同結(jié)構(gòu)特征的筒型基礎(chǔ)沉貫施工會(huì)體現(xiàn)出極其復(fù)雜的性態(tài)。如何準(zhǔn)確預(yù)測(cè)筒型基礎(chǔ)下沉阻力和合理施加控制下沉力仍然是筒型基礎(chǔ)應(yīng)用問(wèn)題的研究熱點(diǎn)，尤其筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式、尺寸效應(yīng)和多層復(fù)雜土質(zhì)條件下，筒內(nèi)外土體滲透率變化規(guī)律、吸力施加對(duì)筒內(nèi)土塞響應(yīng)模式及土塞運(yùn)動(dòng)對(duì)臨界吸力的提高機(jī)理等研究對(duì)于筒型基礎(chǔ)施工安全性態(tài)控制起著核心作用。

蓄電池裝配流程圖如下：

在整個(gè)流程中，裝殼、焊接、熱封為整個(gè)過(guò)程的關(guān)鍵控制過(guò)程，而在穿壁焊前的極群檢測(cè)就更為關(guān)鍵，若接反，罐酸后的輸出電壓只有8V，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的12V。

極群檢查首先要用萬(wàn)用表測(cè)一下電池有沒(méi)有短路，如果測(cè)量出的電壓是零或者是接近零則證明電池短路，檢查極群并找出短路的位置進(jìn)行修理。在檢查沒(méi)有短路的情況下，再用萬(wàn)用表測(cè)量極群正負(fù)極間電壓是否出現(xiàn)負(fù)數(shù)，如果要是有的話，證明極性裝反，需顛倒重新裝入電池槽中。需要說(shuō)明的是：由于極板是干式的，它的電壓非常微弱，一般的電壓表由于靈敏度不夠，常常出現(xiàn)測(cè)量誤差而造成質(zhì)量問(wèn)題，所以研制靈敏度更高的反極表對(duì)蓄電池裝配過(guò)程的質(zhì)量控制具有一定的實(shí)用價(jià)值。

3 反極表內(nèi)電路圖設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

反極表要完成檢測(cè)任務(wù)，必須具備以下兩項(xiàng)基本功能：

1）由于極板間電壓在天氣干燥情況下只有幾微伏，要想測(cè)出他們之間電壓大小或極性，反極表必需具有足夠大的放大能力。

2）在正、負(fù)極板發(fā)生短路時(shí)能夠及時(shí)測(cè)試出來(lái)，表計(jì)指針不能有任何偏轉(zhuǎn)。

針對(duì)以上要求，本表在電路設(shè)計(jì)時(shí)核心器件決定采用集成運(yùn)算放大器OP07。該集成芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路，由于它具有非常低的輸入失調(diào)電壓，所以在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。同時(shí)，OP07 具有輸入偏置電流低和放大倍數(shù)高的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高放大能力的特性使得OP07 特別適用于測(cè)量?jī)x表和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。

OP07 芯片引腳功能說(shuō)明：

1和8 為偏置平衡(調(diào)零端)，2 為反向輸入端，3 為正向輸入端，4 為接地端，5 為空腳 ，6 為輸出端，7 為電源正極端。

根據(jù)引腳功能說(shuō)明，我們?cè)O(shè)計(jì)出以下反極表內(nèi)電路圖：

反極表電路圖

電路原理說(shuō)明：由于OP07 是一種低噪聲、高穩(wěn)定的集成電路，在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施，因此，為了簡(jiǎn)化電路，將1、5、8 腳空置不用，其它管腳根據(jù)要求接線，其中7、4 腳接電源正負(fù)極，out+、 out-端接測(cè)量表頭，in+ 、in-端接測(cè)量用表筆。電路中由兩個(gè)大電容C1、C2 串聯(lián)分壓，構(gòu)建虛擬地端out- ，這樣可以只用一個(gè)9V 疊層電池充當(dāng)電源即可；R1、R3 構(gòu)成負(fù)反饋放大環(huán)節(jié)，調(diào)整R1、R3 阻值大小比例，使電路可以獲得適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)；而R2、R4 是平衡電阻，在輸入為零時(shí)，使輸出保持為零，表頭指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；R5 是限流電阻，防止輸出電流過(guò)大而燒毀表頭。

反極表表頭選用靈敏度很高的磁電系儀表表頭，根據(jù)高中物理所學(xué)知識(shí)，知道它是由可動(dòng)線圈中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與固定永久磁鐵磁場(chǎng)相互作用而工作的一類(lèi)儀表，它廣泛地應(yīng)用于直流電流和直流電壓的測(cè)量。與二極管元件配合，可以用于交流電流與電壓的測(cè)量；與變換電路配合，還可以用于功率、頻率、相位等其它電量的測(cè)量，還可以用來(lái)測(cè)量多種非電量，例如溫度，壓力等。

普通的萬(wàn)用表表頭即是磁電系表頭，我們將報(bào)廢的萬(wàn)用表測(cè)量線路拆除，調(diào)整游絲使指針指向中間，將焊接好的電路板固定在表盒內(nèi)，按電路圖要求做必要的線路連接即可。

4 結(jié)論

該反極表采用集成電路作為測(cè)量線路的核心器件，具有體積小、靈敏度高、維護(hù)方便的特點(diǎn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工人一段時(shí)間的使用，均反映表計(jì)工作穩(wěn)定，性能可靠?，F(xiàn)場(chǎng)工人通過(guò)表頭指針的正、反偏，很快就能判斷出極板擺放的正確與否，這對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益起到非常重要的作用。

[1]朱松然.蓄電池手冊(cè)[M].天津：天津大學(xué)出版社，2002.

[2]王漢橋.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[3]賀令輝.電工儀表與測(cè)量[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.