專利名稱：一種用于十一線電位差計(jì)實(shí)驗(yàn)的電子型標(biāo)準(zhǔn)電池及實(shí)驗(yàn)儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物理實(shí)驗(yàn)中的"十一線電位差計(jì)測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)"電子型標(biāo)準(zhǔn) 電池及實(shí)驗(yàn)儀器。
背景技術(shù)：
"十一線電位差計(jì)測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)"實(shí)驗(yàn)是我國(guó)高校理工科專業(yè)的本科生、 高職高專學(xué)生都要做的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度要求不高，但由于它 是解剖式結(jié)構(gòu)，儀器簡(jiǎn)單直觀，學(xué)生易于理解、掌握電位差計(jì)工作原理、使用 方法以及操作過程且實(shí)驗(yàn)時(shí)有連接電路、排除故障等訓(xùn)練，故成為大多數(shù)理工 科專業(yè)的本科生、高職高專學(xué)生都要做的物理實(shí)驗(yàn)。目前實(shí)驗(yàn)中最常采用儀器組合方案是1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電池(如BD7—1型 化學(xué)電池)，1個(gè)靈敏檢流計(jì)(如AC5/2)， 1個(gè)十一線電位差計(jì)(總電阻約80 Q )， 1個(gè)3V直流穩(wěn)壓電源(如YB17XX系列)，l個(gè)待測(cè)電池(如1.5V干電池)，1 個(gè)滑線電阻器和1個(gè)保護(hù)電阻箱(如ZX21)， 1個(gè)單刀單擲開關(guān)和1個(gè)單刀雙擲 開關(guān)。在用該儀器組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，存在四個(gè)問題(1) BD7—1型標(biāo)準(zhǔn)電池是一種化學(xué)電池，極容易損壞。它不能搖晃和震動(dòng)，更不允許倒置；存放地點(diǎn)的溫度和濕度應(yīng)符合要求；最大允許電流為10 "A，并應(yīng)間歇使用，超過10u A電流會(huì)造成電壓不標(biāo)準(zhǔn)，甚至損壞標(biāo)準(zhǔn)電池。(2) AC5/2 (電流分度值2X10—6A/div，內(nèi)阻50 Q )檢流計(jì)很靈敏，學(xué)生 在實(shí)驗(yàn)中一個(gè)不注意都會(huì)造成損壞，且其價(jià)格較貴。(3) 由于BD7—1型標(biāo)準(zhǔn)電池在使用中內(nèi)阻較大(內(nèi)阻約3000Q)，使得在用標(biāo)準(zhǔn)電池校準(zhǔn)電位差計(jì)時(shí)，靈敏度顯得不夠。 一般選取單位長(zhǎng)度上的電壓K=0. 15 0.20V/m=0. 15 0.20mV/mm ，長(zhǎng)度讀數(shù)只需讀到毫米位(即最后一位 為mm )，根據(jù)電位差計(jì)靈敏度公式 <formula>formula see original document page 4</formula> (因?yàn)锳C5/2檢流計(jì)指示表頭較小， 一般實(shí)0.2x2xl0-o (3000+ 50+ 50) 12驗(yàn)者判斷檢流計(jì)是否指零只能夠分辨0.2格的偏轉(zhuǎn)。C,為檢流計(jì)的電流分度值， C為標(biāo)準(zhǔn)電池內(nèi)阻， 為檢流計(jì)的內(nèi)阻，^為工作回路等效電阻，約幾十歐姆，在這取50Q計(jì)算)，電壓分辨能力為| = 1.2xlO_3V=1.2mV，它比lmm上的電壓0. 15 0.20mV大許多，故靈敏度不夠。(4)測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)時(shí)，靈敏度過高，檢流計(jì)指零調(diào)節(jié)操作較困難。根據(jù)電位差計(jì)靈敏度公式<formula>formula see original document page 4</formula>，<formula>formula see original document page 4</formula>電壓分辨能力為丄-4xlO-s^0.04mV，它比lmm上的電壓0. 15 0. 20mV小許多，因此靈敏度過高，從而造成檢流計(jì)指零調(diào)節(jié)操作上的困難。從問題(3)、 (4)可以看出，由于標(biāo)準(zhǔn)電池和待測(cè)電池內(nèi)阻相差很大， 造成校準(zhǔn)和測(cè)量時(shí)的靈敏度相差30倍。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的就是要解決上述"十一線電位差計(jì)測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)"實(shí)驗(yàn)中的 BD7—1型標(biāo)準(zhǔn)電池、AC5/2檢流計(jì)易于損壞，校準(zhǔn)時(shí)靈敏度不夠，測(cè)量時(shí)靈敏 度過高的四個(gè)問題，設(shè)計(jì)了一個(gè)2.500V電子型標(biāo)準(zhǔn)電池，提出了一種新的實(shí)驗(yàn)儀器組合方案，從而解決了這些問題。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案一種用于十一線電位差計(jì)實(shí)驗(yàn)的電子型標(biāo)準(zhǔn)電池，它采用一個(gè)集成電路 MAX872和一個(gè)多圈可調(diào)電阻構(gòu)成電路，2節(jié)1.5V的5號(hào)干電池供電，直接輸出 一個(gè)2. 500V土0.05X的標(biāo)準(zhǔn)電壓&、等效內(nèi)阻約為1Q電路；當(dāng)雙刀雙擲開關(guān) SW-DPDT扳到al、 a2位置時(shí)，MAX872電壓參考芯片Ul接到2節(jié)1. 5V的5號(hào)干 電池上，在U1的6腳上輸出一個(gè)2.500V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，經(jīng)正極接線柱P1、負(fù)極 接線柱P2輸出到外面使用，多圈可調(diào)電阻R1可以調(diào)節(jié)U1的6腳上輸出電壓， 通過0.01級(jí)以上的電位差計(jì)把它校準(zhǔn)到2.500V土0.05X的標(biāo)準(zhǔn)電壓A ;當(dāng)雙 刀雙擲開關(guān)SW-DPDT扳到bl、 b2位置時(shí)，1節(jié)1. 5V的5號(hào)干電池串聯(lián)電阻R2， R2電阻為1Q左右，作為干電池的等效內(nèi)阻，經(jīng)正極接線柱P1、負(fù)極接線柱P2 輸出一個(gè)約1.5V、等效內(nèi)阻約1Q的待測(cè)電壓&，同時(shí)斷開電壓參考芯片Ul 的供電。利用所述的電子型標(biāo)準(zhǔn)電池的十一線電位差計(jì)實(shí)驗(yàn)儀器，它采用1個(gè)所述 電子型標(biāo)準(zhǔn)電池，1個(gè)常用的J0409型或J-DB2X型檢流計(jì)G,檢流計(jì)G滿偏電 流300uA、電流分度值10X10—6A/div、內(nèi)阻約150Q， l個(gè)總電阻約80Qi""— 線電位差計(jì)，1個(gè)3V直流工作電源A 1個(gè)開關(guān)K ' ， 1個(gè)50Q滑線電阻器R1 和1個(gè)ZX21保護(hù)電阻箱R2。本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)電池電路簡(jiǎn)單，微功耗，不怕短路，調(diào)整方便，體積小。在一 個(gè)10cmX8cmX6cm的有機(jī)塑料盒子中集成了標(biāo)準(zhǔn)電池和待測(cè)電池，通過一個(gè)開 關(guān)，可以選擇輸出2.500V土0.05X的標(biāo)準(zhǔn)電壓&或電動(dòng)勢(shì)約1.5V、內(nèi)阻約1Q 的待測(cè)電壓^ ;本發(fā)明實(shí)驗(yàn)儀器能完成"十一線電位差計(jì)測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)"實(shí) 驗(yàn)，檢流計(jì)便宜且不易損壞，靈敏度能同時(shí)滿足校準(zhǔn)和測(cè)量的要求，能達(dá)到該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的、要求。


圖l、本發(fā)明實(shí)施例2.500V電子型標(biāo)準(zhǔn)電池的原理圖。 圖2、本發(fā)明實(shí)施例2. 500V電子型標(biāo)準(zhǔn)電池的使用等效圖。 圖3、本發(fā)明實(shí)施例2. 500V電子型標(biāo)準(zhǔn)電池在"十一線電位差計(jì)測(cè)電池的電 動(dòng)勢(shì)"實(shí)驗(yàn)儀器中的應(yīng)用方案圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例圖1中，雙刀雙擲開關(guān)SW-DPDT扳到al、 a2位置時(shí)，電壓參考芯 片U1(MAX872)接到2節(jié)1. 5V的5號(hào)千電池上，在Ul的6腳上輸出一個(gè)2. 500V 的標(biāo)準(zhǔn)電壓，經(jīng)接線柱Pl (正極)、P2 (負(fù)極)輸出到外面使用。由于芯片Ul 具有一定離散性，多圈可調(diào)電阻R1可以調(diào)節(jié)U1的6腳上輸出電壓，能夠很方 便地使用0.01級(jí)以上的電位差計(jì)把它校準(zhǔn)到準(zhǔn)確的(2.500V±0.05%)的標(biāo)準(zhǔn) 電壓&。當(dāng)雙刀雙擲開關(guān)SW-DPDT扳倒扳到bl、 b2位置時(shí)，1節(jié)1. 5V的5號(hào)干 電池串接電阻R2 (1Q左右，作為干電池的等效內(nèi)阻)，經(jīng)接線柱Pl (正極)、 P2 (負(fù)極)輸出一個(gè)約1.5V、等效內(nèi)阻約1Q的待測(cè)電壓&，同時(shí)斷開電壓參 考芯片U1的供電。該標(biāo)準(zhǔn)電池被安裝到一個(gè)10cmX8cmX6cm的有機(jī)塑料盒子中，對(duì)外提供一 個(gè)正極(紅色)、 一個(gè)負(fù)極(黑色)接線柱及一個(gè)開關(guān)，輸出2.500V的標(biāo)準(zhǔn)電 壓&或待測(cè)電壓i^。其等效電路如圖2所示。該標(biāo)準(zhǔn)電池參數(shù)測(cè)試結(jié)果為(1)在2節(jié)5號(hào)干電池供電電壓》2.7V，輸 出端的吸入電流或扇出電流《0. 100mA時(shí)，能輸出2.500V土0.05X的標(biāo)準(zhǔn)電壓 &(0.05%的依據(jù)是采用了 UJ31型電位差計(jì)來校準(zhǔn)它)，此時(shí)等效內(nèi)阻約為1Q( l 2/5002-、2.50060 =1Q); (2)輸出端短路時(shí)，電流約為4mA，整個(gè)電路功 A/(200-O)x l(T6耗P"3VX4mA42mW ，短路輸出狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)電池不損壞時(shí)間》10小時(shí)；(3)輸出 端開路時(shí)，干電池供電電流《10u A，整個(gè)電路功耗P^3VX10ix A=0. 03mW; (4) 使用"南浮LR6"干電池供電時(shí)，正常使用時(shí)間》1.5年(注不能使用充電電 池，因?yàn)槠潆妷骸?. 7V); (5)溫度修正￡s =2.500x(l-1/-20|x20xl0—6) V。 由于十一線電位差計(jì)的等級(jí)約0. 1級(jí)，因此在0 4(TC溫度范圍內(nèi)，可以不修正。 本發(fā)明的2. 500V電子型標(biāo)準(zhǔn)電池目前主要應(yīng)用在"十一線電位差計(jì)測(cè)電池的電 動(dòng)勢(shì)"實(shí)驗(yàn)中，如圖3所示，實(shí)驗(yàn)儀器由1個(gè)2.500V電子型標(biāo)準(zhǔn)電池(含標(biāo)準(zhǔn) 電池&、待測(cè)電池&、開關(guān)K)， l個(gè)常用的J0409型(或J-DB2X型)檢流計(jì)G (滿偏電流300wA、電流分度值10X10—6A/div、內(nèi)阻約150Q)， 1個(gè)H^ —線 電位差計(jì)(總電阻約80Q )， 1個(gè)3V直流工作電源A(如YB17XX系列)，l個(gè) 開關(guān)K ' ， 1個(gè)50Q滑線電阻器R1和1個(gè)保護(hù)電阻箱R2 (ZX21)組成。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)儀器由于標(biāo)準(zhǔn)電壓為2.500V，選取電阻線單位長(zhǎng)度上的電 壓K=0.25~0.30V/m=0.25 0.30mV/mm。由于標(biāo)準(zhǔn)電池A及待測(cè)電池^的 內(nèi)阻^ =^ =1Q，在用標(biāo)準(zhǔn)電池校準(zhǔn)電位差計(jì)及測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)時(shí)，電位差計(jì)靈敏度公式S =-^-=-^^^~ =*xl04/F，其電壓分0.1C,(^+ + )0.1xl0xl0—6(l + 150 + 50) 2辨能力為丄=2"0,0. 2mV，它比l隨上的電壓0.25-0. 30mV稍小一些，因此能同時(shí)滿足校準(zhǔn)和測(cè)量的靈敏度要求。從這可以得出，由于十一線電位差計(jì) 是低阻型，當(dāng)配用內(nèi)阻較大(千歐數(shù)量級(jí))標(biāo)準(zhǔn)電池時(shí)(如化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)電池、通過電 阻分壓獲得1.0186V的標(biāo)準(zhǔn)電池)，為了保證電位差計(jì)的靈敏度，就必須選用靈敏度較高的檢流計(jì)。本發(fā)明中的標(biāo)準(zhǔn)電池及待測(cè)電池的等效內(nèi)阻小到1Q，因此 只要選用靈敏度較低的J0409型檢流計(jì)，就能滿足電位差計(jì)的靈敏度要求，從而 使得學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)不易損壞儀器。用本發(fā)明的2. 500V電子型標(biāo)準(zhǔn)電池及實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟(1) 按圖3連接線路，開關(guān)K'處于斷開位置，注意工作電源f的正負(fù)極應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)電壓^;和待測(cè)電壓^;的正負(fù)極相對(duì)(不能接錯(cuò)，如果接錯(cuò)了不管如何調(diào)節(jié)檢流計(jì)G不會(huì)指零，但在這不會(huì)損壞儀器)。保護(hù)電阻R2置于5KQ的位置。 選取電阻線單位長(zhǎng)度上的電壓K=0.25~0.3V/m=0.25~0.3mV/mm，再根據(jù)公 式4-2.5 + K估算出4，根據(jù)公式厶-i.5 + K估算出人。(2) 校準(zhǔn)電位差計(jì)將2.500V電子型標(biāo)準(zhǔn)電池上開關(guān)K扳倒標(biāo)準(zhǔn)電壓&輸 出狀態(tài)(al、 a2位置)，根據(jù)估算出的厶把圖3中的"C"插入適當(dāng)?shù)牟蹇祝{(diào) 節(jié)"D"，使CD電阻線長(zhǎng)度等于L。然后接通開關(guān)K'，按下滑動(dòng)觸頭"D"， 調(diào)節(jié)滑線電阻器Rl，使檢流計(jì)G基本無偏轉(zhuǎn)。再把保護(hù)電阻R2置于OQ的位置， 斷續(xù)按下并移動(dòng)滑動(dòng)觸頭"D"的位置，直到檢流計(jì)G的指針不偏轉(zhuǎn)，記下丄 長(zhǎng)度，電位差計(jì)校準(zhǔn)完畢。然后再將保護(hù)電阻R2重新置于5KQ的位置。(3) 測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)將2.500V電子型標(biāo)準(zhǔn)電池上開關(guān)K扳倒待測(cè)電壓^ 輸出狀態(tài)(bl、 b2位置)，把圖3中的"C"插入適當(dāng)?shù)牟蹇?，按下滑?dòng)觸頭"D"， 調(diào)節(jié)"D"的位置，使檢流計(jì)G基本無偏轉(zhuǎn)。再把保護(hù)電阻R2置于0Q的位置， 斷續(xù)按下并移動(dòng)滑動(dòng)觸頭"D"的位置，直到檢流計(jì)G的指針不偏轉(zhuǎn)，記錄丄 的長(zhǎng)度。 一次測(cè)量就完成了。再將保護(hù)電阻R2重新置于5KQ的位置。(4)重復(fù)進(jìn)行5次測(cè)量，每次都必須重復(fù)上述步驟(2)、 (3)，求出厶的平均 值，計(jì)算電池的電動(dòng)勢(shì)(待測(cè)電壓)&，完成不確定度的計(jì)算。實(shí)驗(yàn)完成后，將2.500V電子型標(biāo)準(zhǔn)電池上開關(guān)K扳倒待測(cè)電壓A輸出狀態(tài)(bl、 b2位置)，能延長(zhǎng)干電池的使用時(shí)間。
權(quán)利要求
1、一種用于十一線電位差計(jì)實(shí)驗(yàn)的電子型標(biāo)準(zhǔn)電池，其特征在于它采用一個(gè)集成電路MAX872和一個(gè)多圈可調(diào)電阻構(gòu)成電路，2節(jié)1.5V的5號(hào)干電池供電，直接輸出一個(gè)2.500V±0.05％的標(biāo)準(zhǔn)電壓Es、等效內(nèi)阻約為1Ω電路；當(dāng)雙刀雙擲開關(guān)SW-DPDT扳到a1、a2位置時(shí)，MAX872電壓參考芯片U1接到2節(jié)1.5V的5號(hào)干電池上，在U1的6腳上輸出一個(gè)2.500V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，經(jīng)正極接線柱P1、負(fù)極接線柱P2輸出到外面使用，多圈可調(diào)電阻R1可以調(diào)節(jié)U1的6腳上輸出電壓，通過0.01級(jí)以上的電位差計(jì)把它校準(zhǔn)到2.500V±0.05％的標(biāo)準(zhǔn)電壓Es；當(dāng)雙刀雙擲開關(guān)SW-DPDT扳到b1、b2位置時(shí)，1節(jié)1.5V的5號(hào)干電池串聯(lián)電阻R2，R2電阻為1Ω左右，作為干電池的等效內(nèi)阻，經(jīng)正極接線柱P1、負(fù)極接線柱P2輸出一個(gè)約1.5V、等效內(nèi)阻約1Ω的待測(cè)電壓Ex，同時(shí)斷開電壓參考芯片U1的供電。
2 、 一種利用權(quán)利要求1所述的電子型標(biāo)準(zhǔn)電池的十 一線電位差計(jì)實(shí)驗(yàn)儀器，其特征在于它采用l個(gè)所述電 子型標(biāo)準(zhǔn)電池，1個(gè)常用的J0409型或J-DB2X型檢流計(jì) G， 檢流計(jì)G 滿偏電流300uA 、 電流分度值10Xl(T6A/di v、 內(nèi)阻約 150 Q ， 1個(gè)總電阻約 80 Q "I--線電位差計(jì)，1個(gè)3V直流工作電源& 1個(gè)開關(guān)K ' ， 1個(gè) 50Q滑線電阻器Rl和l個(gè)ZX21保護(hù)電阻箱R2。
全文摘要
本發(fā)明涉及物理實(shí)驗(yàn)中的“十一線電位差計(jì)測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)”電子型標(biāo)準(zhǔn)電池及實(shí)驗(yàn)儀器。標(biāo)準(zhǔn)電池采用一個(gè)集成電路MAX872和一個(gè)多圈可調(diào)電阻構(gòu)成電路，2節(jié)1.5V的5號(hào)干電池供電，直接輸出一個(gè)2.500V±0.05％的標(biāo)準(zhǔn)電壓E_s、等效內(nèi)阻約為1Ω電路；實(shí)驗(yàn)儀器采用1個(gè)所述電子型標(biāo)準(zhǔn)電池，1個(gè)常用的J0409型檢流計(jì)G，1個(gè)總電阻約80Ω十一線電位差計(jì)，1個(gè)3V直流工作電源E，1個(gè)開關(guān)K′，1個(gè)50Ω滑線電阻器R1和1個(gè)ZX21保護(hù)電阻箱R2。本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)電池簡(jiǎn)單，微功耗，不怕短路，調(diào)整方便，體積小；實(shí)驗(yàn)儀器能完成“十一線電位差計(jì)測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)”實(shí)驗(yàn)，檢流計(jì)便宜且不易損壞，靈敏度能同時(shí)滿足校準(zhǔn)和測(cè)量的要求，能達(dá)到該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的、要求。
文檔編號(hào)G09B23/18GK101226698SQ20071015634
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2007年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者黎定國(guó) 申請(qǐng)人:東華理工大學(xué)