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秀一只45年前韦斯顿电池，见识电化学对电磁计量科学的贡献

sc360xp

2016/08/02

仪器检定/校准/计量

前言
韦斯顿电池，由美国电气工程师爱德华·韦斯顿（E. Weston）在1892年发明，于1893年申请了专利。它是用于保存电磁单位制中电压单位伏特的量值的标准量具——又称标准电池（ standard cell）。这种电池具有高度的可逆性和高度稳定的电动势，且其温度系数很小（温度变化对电动势的影响很小），1911年国际上将其规定作为电势（位）测量标准的电池。在上个世纪，是常用的电压标准，多用于实验室中电位计的校准。

简单地说吧，万用表的电压档准确性的校验，仪器电路中的基准电压元件，都需要用到电压基准去标定……，在电磁计量方面，标准电池奠定了实物标准基础。
一、韦斯顿电池（标准电池）结构
韦斯顿电池的正极是硫酸亚汞（亚硫酸汞糊）/汞电极，负极是镉汞齐（即镉汞合金，含有10％或12.5％的镉），电解液是酸性的饱和硫酸镉水溶液，溶液中留有适量硫酸镉晶体，以确保溶液始终处于饱和状态，其标准电动势为1.01832V（25℃）。如果电解液是不饱和硫酸镉水溶液（其他结构完全相同），这种标准电池就是不饱和标准电池。
韦斯顿电池多为饱和式，有H管和单管两种。下面是早期的H管结构图：

从早期的韦斯顿电池结构图看，该电池绝对不能倒置，若倒置，就会使电池内部物质混合、结构破坏、电池报废；即使是较大的震动，也会使电池受到很大冲击，以致不能正常使用；较小的震动，也需要静止好几天修养恢复。该电池的使用、保管非常娇气，要求很高。
在以后的制造中，进行了改进，在玻璃管中加入微孔隔板（见下图），防止震动和倾斜时不同物质之间的混合，但还是严禁将电池倒置和受到剧烈震动，这一点要牢牢记住！

二、韦斯顿电池（标准电池）原理
韦斯顿电池是湿性化学电池，电极反应是高度可逆的，其表达式和电极反应如下（网上资料）：

该电池电动势极为稳定，在1.0186V附近，电池的内阻较大几乎不随时间变化，不发生极化。以实物标准的角度衡量，电池温度系数较大(约为4×10-5/开)，因此在厂家规定的非检定温度下使用时，需要通过修正公式修正。电池的电流输出能力很弱，一般要求控制在以1微安以下。
三、韦斯顿电池（标准电池）拆解
下面，主角登场，公司计量站的一只退役、不再使用的国产BC3型饱和标准电池：

这只标准电池，上海电工仪器厂1971年制造，等级为1级，执行标准为电（D）319—63，有45年的历史了：

这是铅封处，以前拆开过，没有铅封了：

用一字改刀拆下固定螺丝（特别提示：整个拆解过程，不要倒置，不要严重倾斜，不要振荡，避免电池失效）：

慢慢取出电芯：

两只H管饱和标准电池固定在电化铝架上：

红线是正极引线，黑线是负极引线：

侧面：

这只H管的底部黑漆没涂完，看见汞及汞齐（银色）：

小心取下压板螺丝：

四十多年过去了，防震泡沫已经老化，要特别小心操作：

玻璃管外壁有一层黑色的漆皮，在生产装配时不受阳光、灯光直射，因为标准电池的硫酸亚汞（去极化剂）是一种光敏物质，受光照后会变质，将使极化和滞后都变得严重。各部分说明如下：

外壳是铝筒，不易生锈，避光良好，筒底有六个通气孔，便于缩短筒内外温度平衡时间：

四、简易测量
把电池装还原，静置两天。将室温调为20°C，用4位半数字万用表（已校验）测量。
A组电池电动势为1.0183伏特：

B组电池电动势为1.0185伏特：

目前的国标为20℃ ，1.01855～1.01868伏特，该电池的测量值非常接近国标。真是，岁月沧桑，青春永驻。
五、注意事项
首先不能将标准电池视同为普通干电池，绝不能像干电池那样去使用它！不能当作电源用，不能充电。要记住，这是仪表检定中使用的电压标准。
不能用指针式万用表测量标准电池，因为市售最灵敏的指针式万用表，满度电流都在几十微安。测量时，相当于对电池短路，需要好几天的恢复期，搞不好，会损害电池。
不能倒置和剧烈摇晃，放置在干燥安静的地方。移动时，要端平、轻拿轻放。
最好按照规定的温度使用，当环境温度不一致时，对测量值应予按照公式修正。
结束语：
韦斯顿电池（标准电池）作为实物电压标准，为电磁科学的发展做出了巨大贡献，其缺点也是明显的。由于其价格低，使用简单，稳定性好，现在还有单位和领域在小范围使用。随着时代科技的进步，新的电势（位）齐纳标准正逐步广泛应用和普及。让我们记住那些做出杰出贡献的科学家们。

分
该帖子已被版主-西瓜猫猫西瓜加5积分，加2经验;加分理由:鼓励！

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光哥

第1楼2016/08/02

应助工程师

这个真长见识了，以前的物理化学学得好痛苦

0

刘彦刚

第2楼2016/08/03

应助达人

涨姿势了！虽然身在计量所，也常见标准电池。但我们对于标准都很敬畏，从不敢拆开！

0

sc360xp

第3楼2016/08/04

这个是淘汰不用的，才敢拆开。新的在用标准，那是大熊猫待遇，呵护的十分精细哈。
刘彦刚(pxsjlslyg) 发表:涨姿势了！虽然身在计量所，也常见标准电池。但我们对于标准都很敬畏，从不敢拆开！

0

vm88

第4楼2016/08/05

71年产的，45年了，质量真好呀。

0

西瓜猫猫西瓜

第5楼2016/08/05

71年..........猫还不知道在哪个角落里.......
涨知识！

0

KD1984

第6楼2016/09/03

应助达人

很不错的科普文章，让人大开眼界。

0

deer

第7楼2016/10/24

和我同龄啊

0

lccdcjyk

第8楼2016/10/24

叙述得真好

0

lccdcjyk

第9楼2016/10/24

叙述得真好

0

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