一种用于十一线电位差计实验的电子型标准电池及实验仪器的制作方法

文档序号:2585561阅读:503来源:国知局
专利名称:一种用于十一线电位差计实验的电子型标准电池及实验仪器的制作方法
技术领域
本发明涉及物理实验中的"十一线电位差计测电池的电动势"电子型标准 电池及实验仪器。
背景技术
"十一线电位差计测电池的电动势"实验是我国高校理工科专业的本科生、 高职高专学生都要做的实验,实验中对测量结果的准确度要求不高,但由于它 是解剖式结构,仪器简单直观,学生易于理解、掌握电位差计工作原理、使用 方法以及操作过程且实验时有连接电路、排除故障等训练,故成为大多数理工 科专业的本科生、高职高专学生都要做的物理实验。目前实验中最常采用仪器组合方案是1个标准电池(如BD7—1型 化学电池),1个灵敏检流计(如AC5/2), 1个十一线电位差计(总电阻约80 Q ), 1个3V直流稳压电源(如YB17XX系列),l个待测电池(如1.5V干电池),1 个滑线电阻器和1个保护电阻箱(如ZX21), 1个单刀单掷开关和1个单刀双掷 开关。在用该仪器组合进行实验时,存在四个问题(1) BD7—1型标准电池是一种化学电池,极容易损坏。它不能摇晃和震动,更不允许倒置;存放地点的温度和湿度应符合要求;最大允许电流为10 "A,并应间歇使用,超过10u A电流会造成电压不标准,甚至损坏标准电池。(2) AC5/2 (电流分度值2X10—6A/div,内阻50 Q )检流计很灵敏,学生 在实验中一个不注意都会造成损坏,且其价格较贵。(3) 由于BD7—1型标准电池在使用中内阻较大(内阻约3000Q),使得在用标准电池校准电位差计时,灵敏度显得不够。 一般选取单位长度上的电压K=0. 15 0.20V/m=0. 15 0.20mV/mm ,长度读数只需读到毫米位(即最后一位 为mm ),根据电位差计灵敏度公式 <formula>formula see original document page 4</formula> (因为AC5/2检流计指示表头较小, 一般实0.2x2xl0-o (3000+ 50+ 50) 12验者判断检流计是否指零只能够分辨0.2格的偏转。C,为检流计的电流分度值, C为标准电池内阻, 为检流计的内阻,^为工作回路等效电阻,约几十欧姆,在这取50Q计算),电压分辨能力为| = 1.2xlO_3V=1.2mV,它比lmm上的电压0. 15 0.20mV大许多,故灵敏度不够。(4)测量电池电动势时,灵敏度过高,检流计指零调节操作较困难。根据电位差计灵敏度公式<formula>formula see original document page 4</formula>,<formula>formula see original document page 4</formula>电压分辨能力为丄-4xlO-s^0.04mV,它比lmm上的电压0. 15 0. 20mV小许多,因此灵敏度过高,从而造成检流计指零调节操作上的困难。从问题(3)、 (4)可以看出,由于标准电池和待测电池内阻相差很大, 造成校准和测量时的灵敏度相差30倍。发明内容本发明目的就是要解决上述"十一线电位差计测电池的电动势"实验中的 BD7—1型标准电池、AC5/2检流计易于损坏,校准时灵敏度不够,测量时灵敏 度过高的四个问题,设计了一个2.500V电子型标准电池,提出了一种新的实验仪器组合方案,从而解决了这些问题。 本发明所采用的技术方案一种用于十一线电位差计实验的电子型标准电池,它采用一个集成电路 MAX872和一个多圈可调电阻构成电路,2节1.5V的5号干电池供电,直接输出 一个2. 500V土0.05X的标准电压&、等效内阻约为1Q电路;当双刀双掷开关 SW-DPDT扳到al、 a2位置时,MAX872电压参考芯片Ul接到2节1. 5V的5号干 电池上,在U1的6脚上输出一个2.500V的标准电压,经正极接线柱P1、负极 接线柱P2输出到外面使用,多圈可调电阻R1可以调节U1的6脚上输出电压, 通过0.01级以上的电位差计把它校准到2.500V土0.05X的标准电压A ;当双 刀双掷开关SW-DPDT扳到bl、 b2位置时,1节1. 5V的5号干电池串联电阻R2, R2电阻为1Q左右,作为干电池的等效内阻,经正极接线柱P1、负极接线柱P2 输出一个约1.5V、等效内阻约1Q的待测电压&,同时断开电压参考芯片Ul 的供电。利用所述的电子型标准电池的十一线电位差计实验仪器,它采用1个所述 电子型标准电池,1个常用的J0409型或J-DB2X型检流计G,检流计G满偏电 流300uA、电流分度值10X10—6A/div、内阻约150Q, l个总电阻约80Qi""— 线电位差计,1个3V直流工作电源A 1个开关K ' , 1个50Q滑线电阻器R1 和1个ZX21保护电阻箱R2。本发明标准电池电路简单,微功耗,不怕短路,调整方便,体积小。在一 个10cmX8cmX6cm的有机塑料盒子中集成了标准电池和待测电池,通过一个开 关,可以选择输出2.500V土0.05X的标准电压&或电动势约1.5V、内阻约1Q 的待测电压^ ;本发明实验仪器能完成"十一线电位差计测电池的电动势"实 验,检流计便宜且不易损坏,灵敏度能同时满足校准和测量的要求,能达到该实验的教学目的、要求。


图l、本发明实施例2.500V电子型标准电池的原理图。 图2、本发明实施例2. 500V电子型标准电池的使用等效图。 图3、本发明实施例2. 500V电子型标准电池在"十一线电位差计测电池的电 动势"实验仪器中的应用方案图。
具体实施方式
实施例图1中,双刀双掷开关SW-DPDT扳到al、 a2位置时,电压参考芯 片U1(MAX872)接到2节1. 5V的5号千电池上,在Ul的6脚上输出一个2. 500V 的标准电压,经接线柱Pl (正极)、P2 (负极)输出到外面使用。由于芯片Ul 具有一定离散性,多圈可调电阻R1可以调节U1的6脚上输出电压,能够很方 便地使用0.01级以上的电位差计把它校准到准确的(2.500V±0.05%)的标准 电压&。当双刀双掷开关SW-DPDT扳倒扳到bl、 b2位置时,1节1. 5V的5号干 电池串接电阻R2 (1Q左右,作为干电池的等效内阻),经接线柱Pl (正极)、 P2 (负极)输出一个约1.5V、等效内阻约1Q的待测电压&,同时断开电压参 考芯片U1的供电。该标准电池被安装到一个10cmX8cmX6cm的有机塑料盒子中,对外提供一 个正极(红色)、 一个负极(黑色)接线柱及一个开关,输出2.500V的标准电 压&或待测电压i^。其等效电路如图2所示。该标准电池参数测试结果为(1)在2节5号干电池供电电压》2.7V,输 出端的吸入电流或扇出电流《0. 100mA时,能输出2.500V土0.05X的标准电压 &(0.05%的依据是采用了 UJ31型电位差计来校准它),此时等效内阻约为1Q( l 2/5002-、2.50060 =1Q); (2)输出端短路时,电流约为4mA,整个电路功 A/(200-O)x l(T6耗P"3VX4mA42mW ,短路输出状态标准电池不损坏时间》10小时;(3)输出 端开路时,干电池供电电流《10u A,整个电路功耗P^3VX10ix A=0. 03mW; (4) 使用"南浮LR6"干电池供电时,正常使用时间》1.5年(注不能使用充电电 池,因为其电压《2. 7V); (5)温度修正£s =2.500x(l-1/-20|x20xl0—6) V。 由于十一线电位差计的等级约0. 1级,因此在0 4(TC温度范围内,可以不修正。 本发明的2. 500V电子型标准电池目前主要应用在"十一线电位差计测电池的电 动势"实验中,如图3所示,实验仪器由1个2.500V电子型标准电池(含标准 电池&、待测电池&、开关K), l个常用的J0409型(或J-DB2X型)检流计G (满偏电流300wA、电流分度值10X10—6A/div、内阻约150Q), 1个H^ —线 电位差计(总电阻约80Q ), 1个3V直流工作电源A(如YB17XX系列),l个 开关K ' , 1个50Q滑线电阻器R1和1个保护电阻箱R2 (ZX21)组成。本发明的实验仪器由于标准电压为2.500V,选取电阻线单位长度上的电 压K=0.25~0.30V/m=0.25 0.30mV/mm。由于标准电池A及待测电池^的 内阻^ =^ =1Q,在用标准电池校准电位差计及测量电池电动势时,电位差计灵敏度公式S =-^-=-^^^~ =*xl04/F,其电压分0.1C,(^+ + )0.1xl0xl0—6(l + 150 + 50) 2辨能力为丄=2"0,0. 2mV,它比l隨上的电压0.25-0. 30mV稍小一些,因此能同时满足校准和测量的灵敏度要求。从这可以得出,由于十一线电位差计 是低阻型,当配用内阻较大(千欧数量级)标准电池时(如化学标准电池、通过电 阻分压获得1.0186V的标准电池),为了保证电位差计的灵敏度,就必须选用灵敏度较高的检流计。本发明中的标准电池及待测电池的等效内阻小到1Q,因此 只要选用灵敏度较低的J0409型检流计,就能满足电位差计的灵敏度要求,从而 使得学生实验时不易损坏仪器。用本发明的2. 500V电子型标准电池及实验仪器进行实验的实验步骤(1) 按图3连接线路,开关K'处于断开位置,注意工作电源f的正负极应与标准电压^;和待测电压^;的正负极相对(不能接错,如果接错了不管如何调节检流计G不会指零,但在这不会损坏仪器)。保护电阻R2置于5KQ的位置。 选取电阻线单位长度上的电压K=0.25~0.3V/m=0.25~0.3mV/mm,再根据公 式4-2.5 + K估算出4,根据公式厶-i.5 + K估算出人。(2) 校准电位差计将2.500V电子型标准电池上开关K扳倒标准电压&输 出状态(al、 a2位置),根据估算出的厶把图3中的"C"插入适当的插孔,调 节"D",使CD电阻线长度等于L。然后接通开关K',按下滑动触头"D", 调节滑线电阻器Rl,使检流计G基本无偏转。再把保护电阻R2置于OQ的位置, 断续按下并移动滑动触头"D"的位置,直到检流计G的指针不偏转,记下丄 长度,电位差计校准完毕。然后再将保护电阻R2重新置于5KQ的位置。(3) 测量电池电动势将2.500V电子型标准电池上开关K扳倒待测电压^ 输出状态(bl、 b2位置),把图3中的"C"插入适当的插孔,按下滑动触头"D", 调节"D"的位置,使检流计G基本无偏转。再把保护电阻R2置于0Q的位置, 断续按下并移动滑动触头"D"的位置,直到检流计G的指针不偏转,记录丄 的长度。 一次测量就完成了。再将保护电阻R2重新置于5KQ的位置。(4)重复进行5次测量,每次都必须重复上述步骤(2)、 (3),求出厶的平均 值,计算电池的电动势(待测电压)&,完成不确定度的计算。实验完成后,将2.500V电子型标准电池上开关K扳倒待测电压A输出状态(bl、 b2位置),能延长干电池的使用时间。
权利要求
1、一种用于十一线电位差计实验的电子型标准电池,其特征在于它采用一个集成电路MAX872和一个多圈可调电阻构成电路,2节1.5V的5号干电池供电,直接输出一个2.500V±0.05%的标准电压Es、等效内阻约为1Ω电路;当双刀双掷开关SW-DPDT扳到a1、a2位置时,MAX872电压参考芯片U1接到2节1.5V的5号干电池上,在U1的6脚上输出一个2.500V的标准电压,经正极接线柱P1、负极接线柱P2输出到外面使用,多圈可调电阻R1可以调节U1的6脚上输出电压,通过0.01级以上的电位差计把它校准到2.500V±0.05%的标准电压Es;当双刀双掷开关SW-DPDT扳到b1、b2位置时,1节1.5V的5号干电池串联电阻R2,R2电阻为1Ω左右,作为干电池的等效内阻,经正极接线柱P1、负极接线柱P2输出一个约1.5V、等效内阻约1Ω的待测电压Ex,同时断开电压参考芯片U1的供电。
2 、 一种利用权利要求1所述的电子型标准电池的十 一线电位差计实验仪器,其特征在于它采用l个所述电 子型标准电池,1个常用的J0409型或J-DB2X型检流计 G, 检流计G 满偏电流300uA 、 电流分度值10Xl(T6A/di v、 内阻约 150 Q , 1个总电阻约 80 Q "I--线电位差计,1个3V直流工作电源& 1个开关K ' , 1个 50Q滑线电阻器Rl和l个ZX21保护电阻箱R2。
全文摘要
本发明涉及物理实验中的“十一线电位差计测电池的电动势”电子型标准电池及实验仪器。标准电池采用一个集成电路MAX872和一个多圈可调电阻构成电路,2节1.5V的5号干电池供电,直接输出一个2.500V±0.05%的标准电压E<sub>s</sub>、等效内阻约为1Ω电路;实验仪器采用1个所述电子型标准电池,1个常用的J0409型检流计G,1个总电阻约80Ω十一线电位差计,1个3V直流工作电源E,1个开关K′,1个50Ω滑线电阻器R1和1个ZX21保护电阻箱R2。本发明标准电池简单,微功耗,不怕短路,调整方便,体积小;实验仪器能完成“十一线电位差计测电池的电动势”实验,检流计便宜且不易损坏,灵敏度能同时满足校准和测量的要求,能达到该实验的教学目的、要求。
文档编号G09B23/18GK101226698SQ20071015634
公开日2008年7月23日 申请日期2007年10月22日 优先权日2007年10月22日
发明者黎定国 申请人:东华理工大学
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