数字电池测试仪

[font=宋体][color=#222222]实验室除了开展计量工作，还会进行检测相关的产品分析和测试技术工作，蓄电池内阻分析也是我们的课题研究，同时作为家电领域的权威机构，采购福禄克的Fluke BT500 系列蓄电池内阻分析仪毋庸置疑。作为一名使用福禄克多年的用户，下面来评价一下该款测试仪的优势和不足，希望大家在选购仪器设备时少走弯路，也希望厂家不断改进仪器来满足用户的需求。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]一、厂家介绍：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]福禄克Fluke仪器仪表公司在中国改革开放的初期1978年就进入了中国。首先在北京建立了维修站，随后就成立了办事处。目前福禄克公司在北京、上海、广州、成都、西安都设有办事处，在沈阳、大连、武汉、南京、济南、乌鲁木齐、重庆和深圳设有联络处，这些机构为中国各界用户提供着方便、周到、及时的服务。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]多年来，福禄克为各个工业领域提供用于测试和检测故障的优质电子仪器仪表产品，并把该市场提升到重要地位。每新建的一个工厂、 办公区、或设施，都可成为福禄克产品的潜在用户。从工业控制系统的安装调试到过程仪表的校验维护，从实验室精密测量到计算机网络的故障诊断，福禄克的产品帮助各行各业的业务高效运转并不断发展。无论是技术人员、工程师、科研、教学人员还是计算机网络维护人员，都通过使用福禄克的仪器仪表产品扩展了个人能力，并出色地完成了工作。正是他们，给予福禄克的信任和良好的口碑，使得福禄克品牌在安全、耐用、精准、易用的质量标准方面得到高度的美誉，成为所涉及的领域中的佼佼者。[/color][/font][img=,148,266]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211231213485788_5239_2771427_3.jpg!w148x266.jpg[/img][font=宋体][color=#222222]二、蓄电池分析仪的用武之地：[/color][/font][align=left][font=宋体][color=#222222]除了与我们每天几乎形影不离的电池，还有一类电池，平时看不见，但是对人们的工作生活影响重大，这就是后备电池系统。[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#222222]大多数后备电池系统包括不间断电源 (UPS) 和电池组。正是有了它，数据中心、医院、机场、公共事业、铁路、石油天然气设施等，面对突发断电才依然能正常运转。[/color][/font][/align][font=宋体][color=#222222]当然，后备电池也会因各种原因失效或故障，所以对电池定期测试从而确保其健康状态尤为关键，所用的专业工具就是蓄电池分析仪。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]三、测试中发现，蓄电池故障的表征：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]后备电池常见的失效模式有：漏液腐蚀、内部短路、极板硫化、壳体变形等。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]状况良好的电池容量应高于制造商额定容量的90%；大多数制造商建议在电池容量低于80% 时更换电池。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]四、电池性能指标的感悟：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]电池内阻：在电池处于工作状态时的定性测试内阻增大意味着电池容量降低。当电池处于工作状态时，使用专业的测量电池内阻的仪器，注入一个交流电流测试电压变化，并计算阻值。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]容量测试：电池处于非工作状态，进行放电测试发现电池真实容量的最佳方法，但实施非常耗时且有一定危险性。在放电测试中，将电池连接到负载，在特定时间内，以已知的恒定电流进行放电，同时定时测量电压。由放电电流、放电用时计算电池的容量，并与制造商的技术规格相比较。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]五、福禄克Fluke BT500 系列蓄电池内阻分析仪优势和不足：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]优势：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]1.[/color][/font][font=宋体][color=#222222]因为电池的内阻很小，但不会快速变化，需要微欧级分辨率判断测量何种信号。分辨率很重要；[/color][/font][font=宋体][color=#222222]2.[/color][/font][font=宋体][color=#222222]消除接触阻抗：不同的操作力度所成的接触阻抗差异可能带来误差；[/color][/font][font=宋体][color=#222222]3.[/color][/font][font=宋体][color=#222222]统一测试位置：表笔接触极柱测试位置不统一可能引入误差，若接触螺栓，内阻约增2至5 mΩ，若接触连接片，内阻约增5至10mΩ；[/color][/font][font=宋体][color=#222222]4.[/color][/font][font=宋体][color=#222222]波纹抑制：一节12 V的电池上可能出现20 kHz,100 mV的交流电压纹波，纹波情况下内阻测试结果可能会出现不稳定的情况。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]不足：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]价格在1.3w-2w元左右，相比于国产设备较贵，但是微欧级分辨率、消除接触阻抗利用Kelvin四线制测试法和同轴弹簧表针两项技术消除；接触阻抗影响、纹波抑制，除电路本身的抗干扰设计以外，还特别设计了数字滤波器，可以在纹波较大情况下开启使用；电池管理软件，用于对数据进行导入、储存、比较、趋势分析和制图、并以有意义的方式在报告中显示该信息。安全等级[/color][/font][font=宋体][color=#222222]业内最高安全等级：CAT III 600V；最高额定直流1000 V。这一点福禄克仪器你毋庸置疑。实验室人员需要权衡仪器设备的使用精度、频次以及技术要求。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]六、身边同事的使用心得：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]同事间使用福禄克产品居多，他们对品牌都很信赖，购买了设备，电池测试功能，如直流电压和内阻的同步采集，连接片电阻测试以及使用集成了红外测温系统的互动式手柄对温度进行同步测量。有较高准确度，稳定性和重复性较好。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]七、总结[/color][/font][font=宋体][color=#222222]市场上[/color][/font][font=宋体][color=#222222]测试仪[/color][/font][font=宋体][color=#222222]厂家很多，有进口的有国产的，各厂家的仪器特点不同，突出的特点也不一样，有的仪器市场占有率较高，与仪器灵敏度，稳定性好，使用方便，售后服务好等有关系。想在市场上占有一席之地，一是不断改进与提高仪器的使用技术，二是满足用户需求，设计出用户满意的[/color][/font][font=宋体][color=#222222]仪表[/color][/font][font=宋体][color=#222222]。[/color][/font][font=宋体][color=#222222] [/color][/font]

[font=宋体] 实验室的小工具，一款数字电池检测器，只需将被检测电池的正负极接触检测电极两端，就会立即显示出被测电池的电压值。作为对实验室仪器、办公电器电池的电量检测，十分快捷方便。下面对其电路原理进行解析，提出使用注意事项。[/font][font=宋体][b]一、外貌及测量方式[/b][/font][font=宋体]TB-168 PR0[/font][font=宋体]数字电池检测器外貌见下图，正规厂家产品。仪器上全英文标识（难道是出口转内销产品？）。[/font][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307011008257842_5854_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][font=宋体]仪器正面的两检测触点，用于检测1号、2号、5号、7号干电池，柱形锂离子电池，锂纽扣电池，检测电压范围1.2V～4.8V：[/font][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307011009048017_99_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][align=left][/align][align=left][font=宋体]仪器侧面的两检测触点，用于检测6F22/9V叠层电池的电压情况：[/font][/align][align=left][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307011010222154_303_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][/align][align=left][font=宋体]仪器背面是对1.5V及9V电池检测结果的提示，也是英文：[img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307011010533709_4016_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][/font][/align][font=宋体][b]二、仪器电路结构及工作原理[/b][/font][font=宋体]1[/font][font=宋体]、电路结构[/font][font=宋体]卸下仪器背面两颗固定螺丝，打开后端盖，看见内部结构，一块玻纤PCB板背面，真是太简单！有一股山寨风迎面而来，还以为是假货。[/font][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307011011309616_3680_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][align=left][font=宋体]继续卸下电路板两颗固定螺丝：[/font][/align][align=left][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307011012105176_7995_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][/align][font=宋体]将电路板翻面，看见只有寥寥个位数的元件，内部结构非常精简，元件很少。电路板上的16脚IC被抹去了型号，应该是一款专用IC：[/font][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307011012484673_197_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][font=宋体]下图，电路板上的三端贴片元件V2TH，是3V稳压IC；红色圆玻璃柱贴片元件是二极管：[/font][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307011014589197_4718_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][font=宋体]下图，电路板上的三端贴片元件W5UK，是DC-DC电源管理IC；标示101的元件是续流电感（[back=white]100uH[/back]）：[/font][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307011013230431_8914_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][font=宋体]2[/font][font=宋体]、电路工作原理[/font][font=宋体]根据PCB上的元件分布，整理出电路图如下:[/font][img=,690,450]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307011015328442_407_1807987_3.png!w690x450.jpg[/img][font=宋体][b]工作原理：[/b]U1是DC-DC电源管理IC，它与电感L、电容C组成电压变换电路，将1.2～4.8V电池触点所连接的电池电压变换为3V给U3供电；U2是三端线性稳压IC，将9V电池触点所连接的电池电压降压为3V给U3供电；D是防9V电池反接二极管；C是3V滤波电解电容；U3是专用IC，它与LCD液晶显示屏构成数字直流电压表。接上被测电池后，仪器内部的电源电路工作，给U3提供3V直流工作电源（VCC）。R1、R2、R3、R4是被测电池电压取样电阻，分别将所测电池电压信号送入U3的14、15脚，经过计算后，结果由LCD显示屏显示出来。[/font][font=宋体]3[/font][font=宋体]、仪器工作电流[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]根据电路原理图，该电池检测器内部无工作电池，需要由被测电池提供电能，才能正常工作。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]在检测工作中，将数字万用表电流档串联接入被测电池回路，测量被测电池向电池检测器输入的工作电流。不同被测电池（电池不全是新电池）的工作电流如下：[/font][img=,646,151]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307011016486067_2805_1807987_3.jpg!w646x151.jpg[/img][font=宋体]从上面列表看到，1.5V电池向检测器提供的工作电流2.37mA，随着被测电池电压提高，工作电流减小；被测电池电压降低，工作电流将增大。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]4[/font][font=宋体]、仪器测量准确度[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]先使用准确度较高的数字万用表测量被测电池电压，然后再用电池检测器测量被测电池电压，结果对比见下表。除了纽扣锂电池CR2032外，电池检测器对其余类型电池的测量准确度较高，可以放心使用。[/font][img=,690,186]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307011017454171_7621_1807987_3.jpg!w690x186.jpg[/img][font=宋体] 通过上面列表看到，该电池检测器向被检测电池“索取”的工作电流虽然只是1～3mA，但对于纽扣电池来讲，也是不小的负载。特别是测量使用过一段时间的旧纽扣电池，准确度较差。见下面图片，一枚旧CR2032纽扣电池，用万用表测量为3.132V，电池检测器测量无显示。这枚旧电池剩余的电量很少、内阻增大，根本无法带动电池检测器工作：[/font][img=,690,440]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307011018244865_3253_1807987_3.jpg!w690x440.jpg[/img][font=宋体][b]三、使用注意事项[/b][/font][font=宋体] 这款数字电池检测器没有内置电池，即使长时间搁置，也没有电池漏液腐蚀问题。检测的准确度较高，满足常规使用。[/font][font=宋体] 但在使用时，由于该款数字电池检测器使用被测电池提供的电能进行检测工作，对7号（AAA）、5号（AA）电池、叠层电池、锂电池检测都没有问题。[/font][font=宋体] 鉴于纽扣锂电池CR2032本身电量小，哪怕工作电流只有1.68mA，也是一个重负载，对电池电量消耗很大，故对新CR2032纽扣电池进行测量应短时、单次进行，以免过多消耗被测纽扣电池的电量，缩短电池使用寿命。相应地，在检测旧CR2032电池时，只要检测器不工作（无显示），就不要在仪器上使用这个电池，因为它的寿命已经不长了。[/font][font=宋体] 而对一些更微小尺寸的纽扣电池（例如手表电池），禁止使用该仪器对其进行测量，避免测量数据不真实及损坏电池。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体]使用数字万用表测量电池电压，虽然比较准确，但也不完全是电池真实电量的反映。往往旧电池的电量几乎耗尽、带不动负载，但电池空载的端电压用数字万用表测量却基本正常，在实际运用中，要注意到这个问题。[/font]

[color=#cc0000]摘要：本文针对锂离子电池材料导热系数测试方法，评论性概述了近些年的相关研究文献报道，研究分析了这些导热系数测试方法的特点，总结了电池材料导热系数测试技术所面临的挑战，从热分析仪器市场化角度提出了迎接这些挑战的技术途径。[/color][hr/][size=18px][color=#cc0000]1.问题的提出[/color][/size] 锂离子电池在各种应用中用于能量转换和存储，包括消费类电子产品、电动汽车、航空航天系统等。图1-1所示为典型的锂离子电池的结构，锂离子电池主要包括电极材料、电解质材料、隔膜材料、电池堆和热管理高导热相变复合材料。[align=center][img=锂离子电池结构示意图,500,375]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250623319094_6619_3384_3.jpg!w600x450.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图1-1 锂离子电池结构示意图[/color][/align] 导热系数作为电池材料的重要热物理性能参数之一，严重影响着锂离子电池的各种特性。而锂离子电池在使用过程中会面临着电、热、力和质的不同边界条件，这就使得准确测试电池材料导热系数面临着以下几方面的严峻挑战： （1）锂离子电池材料往往涉及含能和储能材料，在不同边界条件下，如在充放电过程中会伴随着生热甚至热解过程，在电池热管理系统中还涉及到相变材料，这就要求要在这些电化学和热化学过程中同时对导热系数进行测量，这要比以往纯热物理变化过程中的导热系数测试技术更为复杂。 （2）导热系数测试方法众多，但针对锂离子电池材料的复杂特征和要求，首先要需要找出合理的测试方法，以保证测量结果的准确性，这对锂离子电池材料和电池热管理尤为重要。 （3）由于锂离子电池材料导热系数测试所涉及的环境条件众多，会涉及众多不同的导热系数测试方法和设备。但在实际工程应用中，还是希望能对测试方法进行优化和开发测试新技术，从而实现用尽量少的测试方法和仪器设备尽可能多的满足各种各种锂离子电池材料的导热系数测试需求。 （4）由于锂离子电池材料还涉及其他热性能参数和表征参数，如比热容和热失控等，这样就要求导热系数测试方法和仪器能与其他热性能参数测试仪器进行集成，使得测试仪器具备多功能性，在一台测试仪器上可实现多个参数的测试。 本文将针对上述存在的问题和挑战，首先对近些年锂离子电池材料导热系数测试技术进行评论性综述，然后在分析研究的基础上，提出比较适合锂离子电池和材料导热系数测量的实用方法。[size=18px][color=#cc0000]2.电池材料导热系数测试方法综述[/color][/size] 在锂离子电池材料级别方面，主要涉及的材料有电极、电解质、隔膜、电极隔膜堆和热管理高导热相变复合材料。 在材料级别方面，已经报道了电极[1]-[4]、电解质[5]、隔膜[6][7]、电极堆[2][8]的导热系数和接触热阻[9][10]测量结果。 如图2-1所示，阴极样品厚度方向上导热系数已使用保护型热流计法（ASTM E1530）进行了测量[1][12]，阴极由等体积分数的聚合物电解质以及活性材料和乙炔黑的混合物制成。经测量，在25~150℃之间复合材料导热系数在0.2 ~ 0.5 W/mK范围内变化。由于阴极材料太薄，将多层阴极材料叠加后形成1~2mm厚的可测样品，样品直径为25.4mm，测试压力为10psi以减少多层叠加后带来的接触热阻。[align=center][img=保护型热流计法导系数测试示意图,500,419]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250624120593_5244_3384_3.jpg!w500x419.jpg[/img][/align][align=center]图2-1 保护型热流计法导热系数测试示意图[/align] 如图 2-2所示，展示了锂离子电池电极材料厚度方向导热系数测量装置结构[2]。[align=center][img=,600,428]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005252355511656_8624_3384_3.jpg!w600x428.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-2 锂离子电池材料厚度方向导热系数测量装置示意图[/color][/align] 装置采用了稳态薄加热片法[13]，单层材料面积为431mm2，厚度0.42mm，被测样品为多层叠加形式。还采用了闪光法测量多层锂离子电池薄层材料的热扩散系数，并通过叠层材料不同取样方向来测量得到不同方向的热扩散系数。 时域热反射（TDTR）技术已用于测量LiCoO2薄膜厚度方向导热系数[3]，样品厚度约500nm，测量了锂化程度对导热系数的影响。循环过程中原位测量LiCoO2阴极的导热系数表明，去锂化时，导热系数从5.4W/mK可逆地降低至4.7W/mK。 如图2-3所示，采用闪光法确定由各种粒径的合成石墨制成的负电极（NE）材料的导热系数[4][14]，样品尺寸为直径约15mm，厚度范围为1.1~9.5mm，实验在室温RT，150和200°C下进行。[align=center][img=激光闪法测量原理,500,467]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250625143698_6549_3384_3.jpg!w500x467.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-3 激光闪光法测量原理[/color][/align] 同样，聚合物电解质的导热系数采用图1-1所示保护型热流计法进行了测量[5]，测量样品厚度方向上的温差，该温差用于计算总热阻，从中可提取出样品厚度方向上的导热系数。通过刮刀技术制备聚合物电解质薄膜样品，并将其夹在导热仪顶板和底板之间，然后测量温度差。据报道，在25~150℃范围内，导热系数在0.12~0.22W/mK之间变化。 如图2-4所示，隔膜材料面内方向导热系数已使用直流加热法进行了测量[6]。在100级无尘室中从26650锂离子电池中提取隔膜样品，在隔膜样品上沉积了两条相距很小的细钛线，其中一条线用作加热器，而这两条线都用于温度测量，两条线的温度作为时间函数的超快测量用于确定隔膜样品的热性能[15]。室温下的面内方向导热系数为0.5W/mK，在50℃下测量时，这些值没有明显变化。[align=center][img=,500,308]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250625463285_8933_3384_3.jpg!w550x339.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-4 隔膜材料比热容和面内方向导热系数测试示意图[/color][/align] 正负电极薄膜材料和隔膜材料厚度方向和面内方向导热系数已使用不同的稳态方法进行了测量[7]，实验装置与先前使用的一维热流计法装置非常相似[1]。样品尺寸30mm×30mm，单层膜厚度在24~106um范围内，导热系数测量结果范围为0.19~31W/mK。 如图2-5所示，采用闪光法测量了多层阳极、隔膜和阴极构成的电极隔膜堆的厚度方向和面内方向热扩散系数[8]，采用差示扫描量热仪测量了比热容，由此得到电极隔膜堆厚度方向和面内方向的导热系数。另外对从新电池中取出的电极隔膜堆在45℃下循环500次，考察了高温循环对导热系数的影响。[align=center][img=闪光法厚度方向和面内方向测试示意图,690,400]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250626168406_2334_3384_3.jpg!w690x400.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-5 （a）闪光法测试厚度方向和面内方向电极隔膜堆热扩散系数示意图；（b）测试过程中样品的取样形式和摆放形式[/color][/align] 除了上述关于导热系数测量的报道外，还报道了采用恒定热流法（ASTM D5470）在不同压力和温度下测量了电极隔膜堆的接触热阻[9][16]。如图2-6所示，测试过程中将被测电极隔膜堆叠层夹在两个铜块之间，并测量了叠层的总热阻。电池隔膜堆包括了涂覆有石墨的铜阳极、涂覆有钴酸锂的铝阴极、聚乙烯/聚丙烯隔膜和电解质，测试温度范围-20~50℃，压力0~250psi。通过测试得出的主要结论包括：与干电池组相比，湿电池组的接触热阻更低，并且电极隔膜堆叠热阻的温度依赖性较弱。但是，此处测得的热阻是总热阻，其中还包括材料自身热阻，而不仅仅是电池不同材料之间的接触热阻。已经测量了使用的电极和铜棒之间的接触热阻，这与电池的原位操作没有特别的关系。[align=center][img=,550,442]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250626475813_5845_3384_3.jpg!w550x442.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-6 恒定热流法（ASTM D5470）测量电池材料接触热阻示意图[/color][/align] 如图2-7所示，在另一项工作中，同样采用恒定热流法（ASTM D5470）测量了阴极和隔膜之间的界面热传导[10]。测量结果表明，锂离子电池的热特性很大程度上取决于穿过阴极-隔膜界面的传热，而不是通过电池本身的传热。这种界面热阻约占电池总热阻的88%。[align=center][img=,500,267]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250627005929_1859_3384_3.jpg!w600x321.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-7 恒定热流法测量电池材料接触热阻示意图：（a）被测样品为电极隔膜堆；（b）纯隔膜样品；（c）纯阴极样品[/color][/align] 如图2-8所示，采用瞬态平面热源法测量了石墨烯填料的混合相变材料[11][17]，石蜡相变材料在添加石墨烯前后的导热系数分别为0.25W/mK和45W/mK。[align=center][img=,500,202]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250627216467_2507_3384_3.jpg!w600x243.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-8 瞬态平面热源法测试探头和测量原理图[/color][/align] 对于锂离子电池材料这类薄膜材料，其导热系数的测量还有一种非常有效的方法就是温度波法[18]。这种方法尽管已推出多年，但应用还是较少，但今后将是一种重要的有效方法。[size=18px][color=#cc0000]3.测试方法的特点[/color][/size] 从上述综述中可以看出，电池材料导热系数采用了以下几种测试方法： （1）稳态保护热流计法：ASTM E1530； （2）稳态护热板法：ASTM C177； （3）时域反射法； （4）闪光法：ASTM E1461； （5）稳态热流计法：ASTM C518； （6）恒定热流法：ASTM D5470； （7）瞬态平面热源法：ISO 22007-2。 （8）温度波法：ISO 22007-3。 从上述所涉及的多个测试方法可以看出，与传统材料导热系数测试不同，锂离子电池材料导热系数测试呈现出以下显著特点： （1）薄膜化：锂离子电池材料基本都呈现出薄膜化的形态，所涉及的则是典型的薄膜导热系数测试技术； （2）各向异性：薄膜化的锂离子电池材料呈现出比较明显的各向异性特征，导热系数在厚度方向和面内方向上表现出明显差别，锂离子电池材料导热系数测试实际上是一个各向异性薄膜材料导热系数测试问题； （3）测试变量多：锂离子电池材料导热系数测试的另一个显著特征是测试条件变量较多，除需在传统的不同温度下进行测试之外，还需要包括其他测试条件，如不同的加载压力、SOC荷电、气氛、振动、湿度等条件，甚至还需在通电状态下。[size=18px][color=#cc0000]4.电池材料导热系数测试方法分析[/color][/size] 根据上述锂离子电池材料导热系数测试的特点，对上述各种测试方法进行分析，以寻找出那些测试方法更能适合锂离子电池材料的测试。 纵观上述测试方法，我们将它们分为稳态法和瞬态法进行分析。[color=#cc0000]4.1. 稳态法[/color] 稳态法主要包括：保护热流计法、护热板法、热流计法和恒定热流法。 稳态法的显著特点就是依据经典的傅里叶稳态传热定律，在被测电池材料薄膜样品的测试方向上形成稳定的一维热流，通过测量不同条件下的温度和热流密度来测定相应的导热系数和接触热阻。 稳态法做为一种传统方法，是在较厚的块体材料热性能基础上发展起来的测试方法，对于较大尺寸和较厚块体样品的导热系数测试非常准确和成熟，如保护热流计法、护热板法、热流计法。为了进行电池薄膜材料测试，需要对薄膜材料进行多层叠加后制成样品才能满足稳态法测量准确性要求，这种多层叠加势必会带来接触热阻的严重影响。鉴于传统稳态法对薄膜材料导热系数测试的局限性，开发的恒定热流法则部分解决了测试问题，通过独特的表面温度测试技术，可以进行百微米厚度量级的薄膜导热系数测量，非常适合测试多层膜构成的电池堆以及高导热相变复合材料。 尽管做了相应的改进，但这种在稳态法上做的任何努力都是在挖掘稳态法的潜力，是对稳态法测试能力区间的下限进行进一步的拓展，测试能力下限毕竟还是非常有限，受到了稳态法自身的制约，特别是受到表面温度和厚度测量准确性的制约，使得这种扩展空间十分有限且效果很难保证。总之，对于锂离子电池材料，暂时比较适合的稳态法是ASTM D5470恒定热流法，可以进行导热系数和热阻测量，样品尺寸适中并比较适合加载各种边界条件。[color=#cc0000]4.2. 瞬态法[/color] 瞬态法主要包括时域反射法、闪光法和瞬态平面热源法。 与稳态法恰恰相反，瞬态法是基于样品材料对热激励动态响应的一种测试方法，被测样品越薄，对热激励的响应越快，所以瞬态法的核心是检测物理量随时间变化快慢的问题。同时，在被测样品对热激励的快速响应过程中，周围环境和其他边界条件的影响反而变得很小。最主要的是，随着技术的发展，块体样品（特别是薄膜材料）对热激励的动态响应时间，在当前的电子检测技术面前都不再属于快速测量范畴，采用目前的各种电子技术手段很容易对热激励响应进行快速和准确测量。从另一方面理解，就是针对材料的热性能测试，瞬态法可以针对不同被测样品厚度范围（响应时间）采用相应响应频率范围的电子仪器和设备来实现准确测量，而目前电子仪器设备的测试能力要远远超过薄膜材料热性能测试的需求。这就是瞬态法自身的最大优势，同时也是目前市场上薄膜材料热性能测试仪器大多采用瞬态法的主要原因。 总之，瞬态法作为非接触是测量方法非常适用于致密性薄膜材料，适合测量非常薄的样品，但对于锂离子电池材料这类较低密度的薄膜材料则会遇到许多测试难题，多孔性的薄膜材料样品需要进行表面处理才能进行导热系数测量，但表面处理往往会带来渗透而改变薄膜样品的热性能。另外，瞬态法的另一个明显不足是很难在被测样品上加载各种相应的边界条件进行导热系数测量，如压力和通电等。但瞬态法中的温度波法则是一个例外，这将在下节中进行介绍。[size=18px][color=#cc0000]5.未来设想：新方法的提出[/color][/size] 从上述对电池材料导热系数测试方法的分析中可以看出，现有方法都不能很好的解决本文开始提到的锂离子电池材料导热系数测试所面临的问题，需要研究和开发新型测试方法才能应对相应的技术挑战。 通过我们的研究，我们认为将上述稳态法和瞬态法相结合的方法将会是一种有效的技术途径，具体的结合形式就是改进型的瞬态温度波法。 ISO 22007-3规定的温度波测试方法[18]，主要用于确定薄膜和塑料板在整个厚度方向上的热扩散系数。温度波法是一种通过测量样品前后表面之间温度波的相移来测量薄而扁平样品厚度方向热扩散系数的方法。使用在样品两个表面上溅射或接触的电阻器，一个作为加热器，通过交流焦耳加热产生温度波，另一个作为温度计来检测温度波。ISO 22007-3中给出了温度波法测量装置示意图，如图5-1所示。[align=center][img=温度波法热扩散系数测量装置示意图,690,473]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250627416770_5455_3384_3.jpg!w690x473.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图5-1 温度波法热扩散系数测量装置示意图[/color][/align] 从上述描述中可以看出，温度波法测量装置包括彼此面对的微加热器和温度传感器，样品安装在它们之间。向加热器提供弱的正弦电功率信号，在样品表面上产生温度波。温度传感器是一种高灵敏度电阻传感器，它使用前置放大器在将弱信号进入锁相放大器之前对其进行放大。观察到的温度信号是激发温度波和背景温度信号的混合，例如环境的温度。在交流测量中，锁定放大的一个优点是能够提取和分析信号中仅一个指定频率分量的变化，抵消室温变化的影响（误差的主要来源）以及噪声成分实现高灵敏度测量。通过将实际施加的温度波幅度限制在1℃以内或更低，可以有效地抑制对流和辐射，并确保几乎不损坏样品。此外，如果采用极小的传感器尺寸则可识别更小样品区域内的热扩散系数。 总之，采用改进后的温度波法，将具备以下几方面的显著特点： （1）在样品的夹持、厚度控制和测量方面，温度波法与稳态法基本相同，可以在测量过程中对样品加载一定的压力和其他测试条件。同时，温度波法还具备了非接触瞬态法的优点，将温度和热流测量转换为高精度的频率和相位测量，减少了误差，可以实现高灵敏的测量。 （2）尽管ISO 22007-3规定的温度波测试方法是用于测量薄膜材料厚度方向的热扩散系数，但这种方法也可以用于薄膜面内方向上的热扩散系数测量，转换后的测试方法就是经典的Angstrom周期热波法[19]。 （3）从图5-1所示的温度波测量原理可以看出，只要将交流加热形式控制为直流形式，温度波法就变成了传统的热流计法，就可以用于板材样品测量，也就是说可以进行各种规格尺寸袋装和片状锂离子电池热扩散系数和导热系数的测量。 （4）更重要的特点是，改进的温度波法结构小巧，可以与其他热性能测试方法进行集成，这方面的内容将在后续报告中进行介绍。 综上所述，我们选择并开展改进型的温度波法研究，基本可以解决本文前面所提出的锂离子电池材料测试中所面临的几方面难题，同时还兼顾了测试仪器的微型化、集成化和低成本，这将是我们今后热分析仪器发展的一个方向。[size=18px][color=#cc0000]6.参考文献[/color][/size][1] Song, L., and Evans, J. W., 1999, “Measurements of the Thermal Conductivity of Lithium Polymer Battery Composite Cathodes,” J. Electrochem. Soc., 146(3), pp. 869–871.[2] Maleki, H., Al Hallaj, S., Selman, J. R., Dinwiddie, R. B., and Wang, H., 1999, “Thermal Properties of Lithium-Ion Battery and Components,” J. Electrochem. Soc., 146(3), pp. 947–954.[3] Cho, J., Losego, M. D., Zhang, H. G., Kim, H., Zuo, J., Petrov, I., Cahill, D. G., and Braun, P. V., 2014, “Electrochemically Tunable Thermal Conductivity of Lithium Cobalt Oxide,” Nat. Commun., 5, p. 4035.[4] Maleki, H., Selman, J. R., Dinwiddie, R. B., and Wang, H., 2001, “High Thermal Conductivity Negative Electrode Material for Lithium-Ion Batteries,” J. Power Sources, 94(1), pp. 26–35.[5] Song, L., Chen, Y., and Evans, J. W., 1997, “Measurements of the Thermal Conductivity of Poly(Ethylene Oxide)-Lithium Salt Electrolytes,” J. Electrochem. Soc., 144(11), pp. 3797–3800.[6] Vishwakarma, V., and Jain, A., 2014, “Measurement of In-Plane Thermal Conductivity and Heat Capacity of Separator in Li-Ion Cells Using a Transient DC Heating Method,” J. Power Sources, 272, pp. 378–385.[7] Yang, Y., Huang, X., Cao, Z., and Chen, G., 2016, “Thermally Conductive Separator With Hierarchical Nano/Microstructures for Improving Thermal Management of Batteries,” Nano Energy, 22, pp. 301–309.[8] Maleki, H., Wang, H., Porter, W., and Hallmark, J., 2014, “Li-Ion Polymer Cells Thermal Property Changes as a Function of Cycle-Life,” J. Power Sources, 263, pp. 223–230.[9] Ponnappan, R., and Ravigururajan, T. S., 2004, “Contact Thermal Resistance of Li-Ion Cell Electrode Stack,” J. Power Sources, 129(1), pp. 7–13.[10] Vishwakarma, V., Waghela, C., Wei, Z., Prasher, R., Nagpure, S. C., Li, J., Liu, F., Daniel, C., and Jain, A., 2015, “Heat Transfer Enhancement in a Lithium-Ion Cell Through Improved Material-Level Thermal Transport,” J. Power Sources, 300, pp. 123–131.[11] Goli, P., Legedza, S., Dhar, A., Salgado, R., Renteria, J., and Balandin, A. A., 2014, “Graphene-Enhanced Hybrid Phase Change Materials for Thermal Management of Li-Ion Batteries,” J. Power Sources, 248, pp. 37–43.[12] ASTM E1530 Standard Test Method for Evaluating the Resistance to Thermal Transmission by the Guarded Heat Flow Meter Technique[13] ASTM C177 Standard Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements and Thermal Transmission Properties by Means of the Guarded-Hot-Plate Apparatus[14] ASTM E1461-13 Standard Test Method for Thermal Diffusivity by the Flash Method[15] ASTM C518 Standard Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus[16] ASTM D5470 Standard Test Method for Thermal Transmission Properties of Thermally Conductive Electrical Insulation Materials[17] ISO 22007-2 Plastics — Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity — Part 2: Transient plane heat ource (hot disc) method[18] ISO 22007-3, Plastics – Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity – Part 3: Temperature wave analysis method.[19] A. J. Angstrom, Ann. Physik Leipzig 114, 513 (1861).[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

[align=center][size=18px][font='黑体']机械式UJ[/font][font='黑体']25仪器[/font][font='黑体']与数字式SDC-Ⅱ[/font][font='黑体']在原电池[/font][font='黑体']电动势[/font][font='黑体']测定实验中的[/font][font='黑体']对比研究[/font][/size][/align][align=center][size=18px][font='楷体']范[/font][font='楷体']亨利[/font][font='楷体']1[/font][font='楷体']，叶姝琴[/font][font='楷体']1[/font][font='楷体']，崔猛[/font][font='楷体']2,[/font][font='楷体']*[/font][font='楷体'] [/font][/size][/align][align=center][size=18px][font='楷体']（1[/font][font='楷体'].[/font][font='楷体']北京化工大学，生命科学与技术学院，北京，1[/font][font='楷体']00029[/font][font='楷体']；2.北京化工大学，化学学院，北京，1[/font][font='楷体']00029[/font][font='楷体']）[/font][/size][/align][align=left][font='楷体'][size=18px]作者简介：[/size][/font][/align][align=left][size=18px][font='楷体']崔猛([/font][font='楷体']1980[/font][font='楷体']年4月[/font][font='楷体'])[/font][font='楷体'],男，实验师，理学博士，cuimeng[/font][font='楷体']@mail.[/font][font='楷体']buct.edu.cn,[/font][font='楷体']通讯联系人。[/font][/size][/align][align=left][size=18px][font='楷体']范[/font][font='楷体']亨利（[/font][font='楷体']2001[/font][font='楷体']年[/font][font='楷体']1[/font][font='楷体']月），男，生物工程专业本科在读。[/font][/size][/align][align=left][size=18px][font='楷体']叶姝琴（[/font][font='楷体']2002[/font][font='楷体']年[/font][font='楷体']1[/font][font='楷体']月），女，生物[/font][font='楷体']医学[/font][font='楷体']工程专业本科在读。[/font][/size][/align][size=18px][font='等线 light']摘要[/font][font='华文仿宋']原电池电动势的测定实验是经典的物理化学实验，学生通过进行本实验能够理解和学会对消法的基本原理，了解原电池电动势的测定和应用。UJ25型直流高电势电位差计是使用于该实验的传统测量仪器，但在测量过程中操作繁琐。同时，指针式检流计的使用，也会带来一定的不利影响。本文为探究该实验的改进方案，进一步提高实验的准确度及精确度，提升学生的实验体验，引入新型数字化仪器进行对比，分别通过传统机械式仪器和新型数字化仪器进行了原电池电动势测定。实验发现与传统机械式仪器相比，新型数字化仪器的操作更简单而且智能化，测量值的准确性和灵敏度较高，可以较好地替代传统机械式仪器。[/font][font='等线 light']关键[/font][font='等线 light']词：[/font][font='等线 light']原电池、实验教学改进[/font][/size][align=center][size=18px][font='cambria math']The Comparison [/font][font='cambria math']Re[/font][font='cambria math']search of UJ25 Mechanical Instrument And SDC-[/font][font='cambria math']Ⅱ[/font][font='cambria math']D[/font][font='cambria math']igital Instrument U[/font][font='cambria math']se[/font][font='cambria math']d in [/font][font='cambria math']Galvanic Cell Electromotive Force Measurement Experiment[/font][/size][/align][size=18px][font='等线 light']Abstract[/font][font='cambria math']Galvanic cell electromotive force measurement experiment is a classic physical chemistry experiment, students can understand and learn the basic principle of [/font][font='cambria math']elimination method[/font][font='cambria math'] through this experiment, as well as understand galvanic cell electromotive force measurement and application. [/font][font='cambria math']UJ25 DC High Potential Potentiometer [/font][font='cambria math']is a traditional measuring instrument used in this experiment, but the operation is cumbersome in the measurement process. At the [/font][font='cambria math']same time, the use of pointer galvanometer will also bring some adverse effects. In this paper, in order to explore the improvement scheme of the experiment, further improve the accuracy and precision of the experiment, and enhance students’ experimental experience, a new digital instrument is introduced for this experiment and comparison,[/font] [font='cambria math']respectively through the traditional mechanical instrument and the new digital instrument for galvanic cell electromotive force measurement. Experimental results show that compared with the traditional mechanical instrument, the new digital instrument is [/font][font='cambria math']more simple[/font][font='cambria math'] to operate and intelligent, the accuracy and sensitivity of the measurement value is higher, and it can better replace the traditional mechanical instrument.[/font][font='等线 light']Keyword: [/font][font='等线 light']galvanic cell, improvement in experimental teaching[/font][font='等线 light']0[/font][font='等线 light']引言[/font][font='华文仿宋']物理化学是一门培养高素质化学化工专业人才的学科基础课，生活中它无处不在，学好这门课程是每一个工科学子所必备的素质。而物理化学实验由物理化学延伸出来，旨在培养学生动手能力，提升学生自主思考、用于创新的科研水平。电化学在现实中应用广泛，电池、酸度计的使用等都运用到电化学知识，生活中随处可见原电池，了解其电动势大小和放电充电原理有助于我们更高效地利用和保存它们。原电池电动势的测定是经典的物理化学实验，目前在大学实验教学中是将UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型直流高电势电位差计和检流计组合使用，采用对消法测量待测电池电动势，这种方法不用测量电流大小，具有较高的准确性,但在使用时连接线路较麻烦，学生易出错。此外，该仪器在调节阻值大小时需要判断检流计指针变化，容易造成误差。同时，锌棒、铜棒以及惰性电极的选择和处理也会对原电池电动势的测定造成一定的影响。[/font][font='华文仿宋']目前，人们针对该实验的改进已经进行了较多的探索，使实验更加符合绿色化学的要求。锌[/font][font='华文仿宋']棒作为[/font][font='华文仿宋']电极其上发生电极反应会产生表面极化现象[/font][font='华文仿宋']，[/font][font='华文仿宋']李[/font][font='华文仿宋']苞[/font][font='华文仿宋'][[/font][font='华文仿宋']1][/font][font='华文仿宋']等人利用微米压印技术制备[/font][font='华文仿宋']锌[/font][font='华文仿宋']电极，采用[/font][font='华文仿宋']150[/font][font='华文仿宋']和[/font][font='华文仿宋']280[/font][font='华文仿宋']微米压印电极能使测定结果的绝对误差相对小。饱和甘汞电极由于底部较细容易损坏，赵会玲[/font][font='华文仿宋'][[/font][font='华文仿宋']2][/font][font='华文仿宋']等人在保持饱和甘汞电极电极面积不变的情况下将底部较细部分改造为较粗的形状[/font][font='华文仿宋']，[/font][font='华文仿宋']大大增强了其抗损坏能力。为了加强恒温效果，胡俊平[/font][font='华文仿宋'][[/font][font='华文仿宋']3][/font][font='华文仿宋']等人设计了一种同时测定三电极体系的电池电动势的装置[/font][font='华文仿宋']，[/font][font='华文仿宋']在循环水恒温的密闭装置内可以保持整个装置的恒温环境[/font][font='华文仿宋']，[/font][font='华文仿宋']从而有效提高测量数据的重复性[/font][font='华文仿宋']。[/font][font='华文仿宋']此外，为克服对消法本身测量程序复杂[/font][font='华文仿宋']、[/font][font='华文仿宋']实验时间长的缺陷[/font][font='华文仿宋']，[/font][font='华文仿宋']宋江闯[/font][font='华文仿宋'][[/font][font='华文仿宋']4][/font][font='华文仿宋']等人使用高阻抗法测定原电池电动势及其温度系数[/font][font='华文仿宋']，[/font][font='华文仿宋']测量结果准确且大大降低了实验操作的复杂程度节省了实验时间。而范国康[/font][font='华文仿宋'][[/font][font='华文仿宋']5][/font][font='华文仿宋']等人利用离心管架作为支架[/font][font='华文仿宋']、[/font][font='华文仿宋']离心管作为容器[/font][font='华文仿宋']，[/font][font='华文仿宋']铜丝[/font][font='华文仿宋']、[/font][font='华文仿宋']锌[/font][font='华文仿宋']、[/font][font='华文仿宋']改造的银[/font][font='华文仿宋']-[/font][font='华文仿宋']氯化银电极来测量各原电池电动势[/font][font='华文仿宋']，[/font][font='华文仿宋']使得本实验成本大大降低[/font][font='华文仿宋']，[/font][font='华文仿宋']浪费减少[/font][font='华文仿宋']。[/font][font='华文仿宋']针对测量仪器本身，人们已经使用过较多种类的仪器，但未曾明确阐述过仪器的优势和缺陷。本文采用更加智能化数字化的测量仪器来替换传统机械式仪器，并进行了一系列的对比实验，旨在简化实验流程，加深学生对该实验原理的理解，探索该实验的应用层面。[/font][font='等线 light']1[/font][font='等线 light']实验原理[/font][font='华文仿宋']1.1[/font][font='华文仿宋']可逆电池电动势的测量[/font][font='华文仿宋']可逆电池[/font][font='华文仿宋'][[/font][font='华文仿宋']6][/font][font='华文仿宋']要求化学反应可逆、能量转换和传递可逆，即电池的充电反应是放电反应的逆反应，且电池中不存在液体接界电势等因素引起的实际不可逆性，可逆电动势即平衡电动势。本实验其中一个待测电池丹聂耳电池[/font][font='华文仿宋']是双液电池[/font][font='华文仿宋']，液体接界处存在不可逆的离子扩散过程，但测量过程中通过电池的电流[/font][font='华文仿宋']，可忽略此微小差异，因此该电池可近似看成可逆电池，测量其电池电势。[/font][font='华文仿宋']可逆电池电动势可与热力学函数联系起来，恒温恒压过程，可逆放电过程中所做的非体积功等于系统吉布斯自由能的变化[/font][font='华文仿宋']，由法拉第定律得通过电池的电荷量为[/font][font='华文仿宋']，则可逆电功为[/font][font='华文仿宋']，可得到[/font][font='华文仿宋']。又[/font][font='华文仿宋'],且由热力学定律可知，[/font][/size][align=center][size=18px][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][size=18px][font='华文仿宋']其中[/font][font='华文仿宋']称为电动势的温度系数。[/font][font='华文仿宋']1.2[/font][font='华文仿宋']波根多夫([/font][font='华文仿宋']Poggendorff)[/font][font='华文仿宋']对消法[/font][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820167996_390_5439527_3.png[/img][font='华文仿宋']波根多夫([/font][font='华文仿宋']Poggendorff)[/font][font='华文仿宋']对消法[/font][font='华文仿宋'][[/font][font='华文仿宋']6][/font][font='华文仿宋']是人们常采用的测量电池电动势的方法，其原理是利用一个与待测电动势大小相等、方向相反的外加电压对抗待测电池所产生的电动势，使被测量回路不再有电流通过，此时的外加电压即等于待测电池电动势。[/font][font='华文仿宋']本实验电路图如下所示[/font][/size][align=center][size=18px][font='华文仿宋']图1[/font][font='华文仿宋'].[/font][font='华文仿宋']波根多夫对消法实验电路图[/font][/size][/align][align=center][size=18px][font='times new roman']P[/font][font='times new roman']icture 1. Poggendorff elimination method experimental circuit diagram[/font][/size][/align][align=left][size=18px][font='华文仿宋']E[/font][font='华文仿宋']N[/font][font='华文仿宋']为标准电池，R[/font][font='华文仿宋']N[/font][font='华文仿宋']为可调节电阻，E[/font][font='华文仿宋']X[/font][font='华文仿宋']为待测电池，K为换向开关。[/font][/size][/align][align=left][size=18px][font='华文仿宋']本实验[/font][font='华文仿宋'][[/font][font='华文仿宋']6[/font][font='华文仿宋']、7[/font][font='华文仿宋']][/font][font='华文仿宋']中工作回路的工作电流I保持恒定。首先，调节电阻R[/font][font='华文仿宋']N[/font][font='华文仿宋']使标准电池电动势[/font][/size][/align][align=left][size=18px][font='华文仿宋'], 随后将测量电路中的开关K拨向E[/font][font='华文仿宋']N[/font][font='华文仿宋']端，调节内阻r使工作电路的电流为I[/font][font='华文仿宋'],[/font][font='华文仿宋']即使滑动电阻R[/font][font='华文仿宋']N[/font][font='华文仿宋']两端电势差与标准电池电动势对消，此时测量电路中电流趋近于零。将开关K拨向待测电池E[/font][font='华文仿宋']X[/font][font='华文仿宋']，保证R[/font][font='华文仿宋']N[/font][font='华文仿宋']不变，调节AB间的电阻值，使检流计G的指针指向0。此时有[/font][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][align=left][font='华文仿宋'][size=18px]则有[/size][/font][/align][align=center][size=18px][/size][/align][size=18px][font='华文仿宋']可得到[/font][/size][align=center][size=18px][/size][/align][size=18px][font='华文仿宋']本实验不需要测定电流值，E[/font][font='华文仿宋']N[/font][font='华文仿宋']已知，因此只需要知道R[/font][font='华文仿宋']X[/font][font='华文仿宋']与R[/font][font='华文仿宋']N[/font][font='华文仿宋']的比值即可计算得到待测电池电动势的数值。通常，电阻值的测量精度较高，利用对消法测定原电池电动势具有较高的精度[/font][font='华文仿宋'][[/font][font='华文仿宋']8][/font][font='华文仿宋']。[/font][font='等线 light']2[/font][font='等线 light']实验部分[/font][font='华文仿宋']2.1[/font][font='华文仿宋']仪器与试剂[/font][font='华文仿宋']UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型直流高电势电位差计；[/font][font='华文仿宋']SDC-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ数字[/font][font='华文仿宋']电位差综合测试仪[/font][font='华文仿宋']；S[/font][font='华文仿宋']YC-158[/font][font='华文仿宋']超级恒温水浴；BC[/font][font='华文仿宋']9[/font][font='华文仿宋']a便携式饱和标准电池；AZ[/font][font='华文仿宋']19[/font][font='华文仿宋']直流检流计；电源([/font][font='华文仿宋']2.9-3.3[/font][font='华文仿宋']V[/font][font='华文仿宋'])[/font][font='华文仿宋'][color=#ff0000]；[/color][/font][font='华文仿宋']硫酸锌；硫酸铜；邻苯二甲酸氢钾；醌氢醌；铜棒；锌棒；甘汞电极；[/font][font='华文仿宋']铂[/font][font='华文仿宋']电极；盐桥[/font][font='华文仿宋'][color=#ff0000]。[/color][/font][font='华文仿宋']2.2[/font][font='华文仿宋']实验步骤[/font][font='华文仿宋']恒温水浴中，分别使用UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型直流高电势电位差计和SDC-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ数字[/font][font='华文仿宋']电位差综合测试[/font][font='华文仿宋']仪按照[/font][font='华文仿宋']标准实验步骤[/font][font='华文仿宋'][[/font][font='华文仿宋']7][/font][font='华文仿宋']步骤测量以下电池电势，其中铜棒和锌棒在经过充分的打磨使其表面光滑铮亮后使用，待测醌氢醌溶液由[/font][font='华文仿宋']邻苯[/font][font='华文仿宋']二甲氢钾[/font][font='华文仿宋']溶液加少量醌氢醌粉末配置而成。[/font][font='华文仿宋']电池([/font][font='华文仿宋']1)[/font][font='华文仿宋']：[/font][font='华文仿宋'](饱和水溶液[/font][font='华文仿宋'])[/font][font='华文仿宋'](待测[/font][font='华文仿宋'])[/font][/size][align=left][size=18px][font='华文仿宋']电池(2[/font][font='华文仿宋'])[/font][font='华文仿宋']：[/font][font='华文仿宋'](饱和水溶液[/font][font='华文仿宋'])[/font][font='华文仿宋']([/font][font='华文仿宋'])[/font][/size][/align][align=left][size=18px][font='华文仿宋']电池(3[/font][font='华文仿宋'])[/font][font='华文仿宋']：[/font][font='华文仿宋']([/font][font='华文仿宋'])[/font][font='华文仿宋'](饱和水溶液[/font][font='华文仿宋'])[/font][/size][/align][align=left][size=18px][font='华文仿宋']电池(4[/font][font='华文仿宋']):[/font][font='华文仿宋']([/font][font='华文仿宋'])[/font][font='华文仿宋']([/font][font='华文仿宋'])[/font][/size][/align][align=left][size=18px][font='华文仿宋']使用UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型直流高电势电位差计时，首先需要调节温度补偿旋钮是其示数等于标准电池电势，而标准电池电势与温度的关系如下，[/font][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][size=18px][font='华文仿宋']其中，T为环境温度，单位为[/font][font='华文仿宋']。然后接入电源、待测电池、检流计等进行调零和测量。[/font][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820170731_6190_5439527_3.png[/img][/size][align=center][size=18px][font='华文仿宋']图2[/font][font='华文仿宋'].[/font][font='华文仿宋']UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型直流高电势电位差计示意图[/font][/size][/align][align=center][size=18px][font='times new roman']P[/font][font='times new roman']icture 2. UJ25 DC High Potential Potentiometer diagram[/font][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][size=18px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820171699_3268_5439527_3.png[/img][font='华文仿宋']而SDC[/font][font='华文仿宋']-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ数字[/font][font='华文仿宋']电位差综合测试仪与UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型电位差计使用方法略有不同。该仪器在使用前应先进行1[/font][font='华文仿宋']5min[/font][font='华文仿宋']的预热。本文在采用内标法测量电池电动势时，只需用导线将待测电池连接入电路中即可，不需要使用标准电池。测量时，首先旋至内标状态，接入[/font][font='华文仿宋']测试线[/font][font='华文仿宋']并调节五个数值旋钮使电位指示显示为“1[/font][font='华文仿宋'].000000[/font][font='华文仿宋']”V，补偿旋钮逆时针[/font][font='华文仿宋']旋[/font][font='华文仿宋']到底，随后将两测量线短接，待检零指示[/font][font='华文仿宋']示[/font][font='华文仿宋']数稳定后按下“归零”使指示为“0[/font][font='华文仿宋']000”[/font][font='华文仿宋']。然后接入待测电池，在仪器测量状态下由大到小调节测量旋钮，尽可能[/font][font='华文仿宋']使检零[/font][font='华文仿宋']指示接近于零，最后调节至补偿旋钮[/font][font='华文仿宋']时检零[/font][font='华文仿宋']指示[/font][font='华文仿宋']示[/font][font='华文仿宋']数基本不变或者变化很缓慢时即可记录下电位示数，此时示数就是待测电池电动势。外标法测量时除了不用外接检流计外，使用步骤与UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型电位差计相同，本文并未使用。[/font][/size][align=center][size=18px][font='华文仿宋']图3[/font][font='华文仿宋'].[/font][font='华文仿宋'] [/font][font='华文仿宋']SDC[/font][font='华文仿宋']-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ[/font][font='华文仿宋']数字[/font][font='华文仿宋']电位差综合测试仪示意图[/font][/size][/align][align=center][size=18px][font='times new roman']P[/font][font='times new roman']icture 3. [/font][font='times new roman']SDC[/font][font='times new roman']-[/font][font='times new roman']Ⅱ[/font][font='times new roman']D[/font][font='times new roman']igital Potential Difference Comprehensive Test Instrument diagram[/font][/size][/align][size=18px][font='等线 light']3[/font][font='等线 light']实验结果和讨论[/font][font='华文仿宋']3.1[/font][font='华文仿宋']溶液p[/font][font='华文仿宋']H[/font][font='华文仿宋']的测定[/font][/size][align=left][size=18px][font='华文仿宋']醌氢醌电池测量溶液pH的原理同酸度计([/font][font='华文仿宋']pH[/font][font='华文仿宋']计[/font][font='华文仿宋'])[/font][font='华文仿宋']一样，都是由电极反应包含氢离子的指示电极和参比电极组成，其中参比电极的电极电势是确定已知的[/font][font='华文仿宋'][[/font][font='华文仿宋']9][/font][font='华文仿宋']。本实验中，参比电极为甘汞电极，指示电极为铂电极，铂电极上发生的电极反应为，[/font][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][size=18px][font='华文仿宋']稀溶液状态下，[/font][font='华文仿宋']醌[/font][font='华文仿宋']和氢醌浓度相等且活度近似为[/font][font='华文仿宋']1[/font][font='华文仿宋']，可得，[/font][/size][align=center][size=18px][/size][/align][size=18px][font='华文仿宋']而在甘汞电极同样有电极反应发生，产生一定电极电势，由此可计算得到醌氢醌电极和甘汞电极构成的原电池的电动势为，[/font][font='华文仿宋']将式[/font][font='华文仿宋'](1[/font][font='华文仿宋'])和([/font][font='华文仿宋']2)[/font][font='华文仿宋']联立可得溶液[/font][font='华文仿宋']pH[/font][font='华文仿宋']的计算公式。[/font][font='华文仿宋']将恒温水浴调节至[/font][font='华文仿宋']时，测得醌氢醌电池电动势如下，利用公式[/font][font='华文仿宋']计算得到溶液[/font][font='华文仿宋']pH[/font][font='华文仿宋']，其中，[/font][/size][align=center][size=18px][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][size=18px][font='华文仿宋']将计算结果与文献值([/font][font='华文仿宋'])[/font][font='华文仿宋']相比较,得到下列数据。[/font][/size][align=center][size=18px][font='华文仿宋']表1[/font][font='华文仿宋'].[/font][font='华文仿宋']UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型仪器测量数据[/font][/size][/align][align=center][size=18px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820175057_6309_5439527_3.png[/img][font='times new roman']Figure 1. UJ25 Instrument measure data[/font][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][align=center][size=18px][font='华文仿宋']表2[/font][font='华文仿宋'].[/font][font='华文仿宋'] [/font][font='华文仿宋']SDC[/font][font='华文仿宋']-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ[/font][font='华文仿宋']型仪器测量数据[/font][/size][/align][align=center][size=18px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820175771_6426_5439527_3.png[/img][font='times new roman']F[/font][font='times new roman']igure 2. [/font][font='times new roman']SDC[/font][font='times new roman']-[/font][font='times new roman']Ⅱ[/font][font='times new roman']I[/font][font='times new roman']nstrument measure data[/font][/size][/align][size=18px][font='华文仿宋']分别计算使用两种仪器测量时[/font][font='华文仿宋']pH[/font][font='华文仿宋']计算结果的平均值，并采用如下方法计算出本实验测量结果同文献值的偏离程度S，[/font][/size][align=center][size=18px][/size][/align][size=18px][font='华文仿宋']可得到以下结果，[/font][font='华文仿宋']此外，根据以上计算结果可以计算得到平均值的相对误差，分别为[/font][font='华文仿宋']，[/font][font='华文仿宋']。从计算结果来看，[/font][font='华文仿宋']，[/font][font='华文仿宋']，很明显针对测量溶液pH这一实验步骤，使用SDC[/font][font='华文仿宋']-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ数字[/font][font='华文仿宋']电位差综合测试仪的计算结果更加准确和稳定。除此之外，利用p[/font][font='华文仿宋']H[/font][font='华文仿宋']计测定所配制醌氢醌溶液的pH时，其示数稳定在4[/font][font='华文仿宋'].0[/font][font='华文仿宋']左右。将9组pH计算结果绘制成如下图表，可以看到，相比于UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型电位差计，使用SDC[/font][font='华文仿宋']-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ数字式仪器的计算结果更多地稳定在相对误差1[/font][font='华文仿宋'].0%[/font][font='华文仿宋']之内，而前者则部分稳定在0[/font][font='华文仿宋'].5%[/font][font='华文仿宋']之内，但相对来说[/font][font='华文仿宋']SDC[/font][font='华文仿宋']-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ型仪器[/font][font='华文仿宋']稳定性较高一点，这与两种仪器测量过程中的使用方式有关。UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型仪器使用时需要不断按压按键有关，[/font][font='华文仿宋']有时会因对检流计指针偏转观察不到位，而导致按压时间过长，使待测电池通过较大电流，破坏了电池的平衡条件，使测量结果产生误差。同时，使用UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型仪器时，误差同样会出现在对检流计指针是否指向零和指针偏向的判断上，这难以避免，但系统误差出现于每一次测量中，不过在本实验中这样的误差影响很小，可以忽略。SDC[/font][font='华文仿宋']-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ型仪器使用时不用判断指针偏转，而是[/font][font='华文仿宋']通过检流指示[/font][font='华文仿宋']的数值来确定被测电动势的值，大大简化了调节和测量过程。理想状态下，调节补偿旋钮[/font][font='华文仿宋']至检流[/font][font='华文仿宋']指示为“0[/font][font='华文仿宋']000[/font][font='华文仿宋']”时可记录下被测电动势的值，但在实际情况中，示数会不断变动，使得测量时不易判断测量电路电流为零的时刻，这对仪器测量结果的稳定性有一定影响。[/font][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820177860_9891_5439527_3.png[/img][/size][align=center][size=18px][font='华文仿宋']图4[/font][font='华文仿宋']. [/font][font='华文仿宋']UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型与SDC[/font][font='华文仿宋']-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ型仪器计算结果距离图[/font][/size][/align][align=center][size=18px][font='times new roman']P[/font][font='times new roman']icture 4. UJ25 and [/font][font='times new roman']SDC[/font][font='times new roman']-[/font][font='times new roman']Ⅱ[/font][font='times new roman']I[/font][font='times new roman']nstrument result distance diagram[/font][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][size=18px][font='华文仿宋']一定温度下，醌氢醌电池电动势仅与溶液中氢离子活度有关，温度改变时溶液氢离子活度会发生变化，这种变化则会反应在电池电势上，因此可以利用电化学方法测定溶液酸碱度，本实验所搭建的醌氢醌电池是测定溶液p[/font][font='华文仿宋']H[/font][font='华文仿宋']比较准确的方法。为探究温度对电池电势及溶液p[/font][font='华文仿宋']H[/font][font='华文仿宋']的影响，本文分别利用UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型仪器和SDC[/font][font='华文仿宋']-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ型仪器测定了不同温度下电池[/font][font='华文仿宋'](1)[/font][font='华文仿宋']的电池电势，结果如下，[/font][/size][align=center][size=18px][font='华文仿宋']表3[/font][font='华文仿宋']. [/font][font='华文仿宋']两种仪器醌氢醌电池电势测量数据表[/font][/size][/align][align=center][size=18px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820178506_4759_5439527_3.png[/img][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820180106_1033_5439527_3.png[/img][font='times new roman']F[/font][font='times new roman']igure 3. The Q/HQ battery potential measure data of two instrument [/font][/size][/align][size=18px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820180926_4920_5439527_3.png[/img][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820182088_5502_5439527_3.png[/img][font='楷体'] [/font][font='楷体'] [/font][font='华文仿宋'] [/font][font='华文仿宋'] [/font][font='华文仿宋']UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='楷体'] [/font][font='楷体'] [/font][font='华文仿宋'] [/font][font='华文仿宋']SDC[/font][font='华文仿宋']-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ[/font][/size][align=center][size=18px][font='华文仿宋']图5[/font][font='华文仿宋'].[/font][font='华文仿宋']两种仪器醌氢醌电池电势随温度的变化趋势图[/font][/size][/align][align=center][size=18px][font='times new roman']P[/font][font='times new roman']icture 5. The variation [/font][font='times new roman']t[/font][font='times new roman']rend diagram on battery potential with temperature of two instrument[/font][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][size=18px][font='华文仿宋']观察到电池电势随温度的升高而下降，并且[/font][font='华文仿宋']UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型直流高电势电位差计和SDC-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ[/font][font='华文仿宋']数字[/font][font='华文仿宋']电位差综合测试仪所测得的电动势随温度变化的拟合效果都比较好，均可以应用于该实验当中。以SDC[/font][font='华文仿宋']-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ数字[/font][font='华文仿宋']电位差综合测试仪为例，以温度为横坐标，电池电势为纵坐标作图可得到一条电势随温度变化曲线，其斜率为该电池的温度系数，即[/font][font='华文仿宋']，利用温度系数即可计算得到不同温度下电池反应的[/font][font='华文仿宋']、[/font][font='华文仿宋']、[/font][font='华文仿宋']，计算结果如下[/font][font='华文仿宋'],[/font][font='华文仿宋']时，[/font][/size][align=center][size=18px][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][size=18px][font='华文仿宋']3.2[/font][font='华文仿宋']铜、[/font][font='华文仿宋']锌标准[/font][font='华文仿宋']电极电势及丹聂耳电池电势的测定[/font][font='华文仿宋']查阅文献可知，[/font][font='华文仿宋']溶液的离子活度系数分别为0[/font][font='华文仿宋'].016[/font][font='华文仿宋']和0[/font][font='华文仿宋'].015[/font][font='华文仿宋'][6][/font][font='华文仿宋']。可利用下列公式计算得到铜、[/font][font='华文仿宋']锌标准[/font][font='华文仿宋']电极电势及丹聂耳电池电势的数值，[/font][font='华文仿宋']已知文献值（[/font][font='华文仿宋']），可计算得到相对误差如下表所示，[/font][/size][align=center][size=18px][font='华文仿宋']表4[/font][font='华文仿宋'].[/font][font='华文仿宋']甘汞-铜电池电势测量数据[/font][/size][/align][align=center][size=18px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820182685_4381_5439527_3.png[/img][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820183789_1957_5439527_3.png[/img][font='times new roman']F[/font][font='times new roman']igure 4. Calomel-Copper Cell potential measure data[/font][/size][/align][align=center][size=18px] [/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][align=center][size=18px][font='华文仿宋']表5[/font][font='华文仿宋']. [/font][font='华文仿宋']锌-甘汞电池电势测量数据[/font][/size][/align][align=center][size=18px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820184600_8826_5439527_3.png[/img][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820185635_5928_5439527_3.png[/img][font='times new roman']F[/font][font='times new roman']igure 5. Zinc-Calomel Cell potential measure data[/font][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][align=center][size=18px][font='华文仿宋']表6[/font][font='华文仿宋'].[/font][font='华文仿宋']锌-铜电池电势测量数据[/font][/size][/align][align=center][size=18px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820187225_2491_5439527_3.png[/img][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820187510_1403_5439527_3.png[/img][font='times new roman']F[/font][font='times new roman']igure 6. Zn-Cu Cell potential measure data[/font][/size][/align][size=18px][font='华文仿宋']由这些图表我们观察到，使用SDC-Ⅱ型仪器测量时相对误差要小于使用UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型仪器时的相对误差，整体来看其测量结果准确性略高，可以用于代替传统仪器进行原电池实验的测定。此外，我们发现配制浓度为[/font][font='华文仿宋']溶液同样可以计算得到铜电极和锌电极的标准电极电势，且相对误差均较小，在一定程度上可以节省金属盐类试剂用量，减轻实验废液回收的压力。[/font][/size][align=center][size=18px][font='华文仿宋']表7[/font][font='华文仿宋'].[/font][font='华文仿宋']低浓度溶液电池电势测量数据[/font][/size][/align][align=center][size=18px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820188359_6793_5439527_3.png[/img][font='times new roman']F[/font][font='times new roman']igure 7. low-concentration solution cell potential measure data[/font][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][size=18px][font='华文仿宋']此外，本次实验记录了完成四个电池电势测量所需要的完整时长，如下表所示。[/font][font='华文仿宋']UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']仪器配合检流计使用，检流计指针[/font][font='华文仿宋']转动对实验有一定影响，而[/font][font='华文仿宋']SDC[/font][font='华文仿宋']-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ[/font][font='华文仿宋']仪器的[/font][font='华文仿宋']“检零示数”[/font][font='华文仿宋']常出现数值左右摆动的情况，做实验时[/font][font='华文仿宋']无法快速记录数据[/font][font='华文仿宋']，[/font][font='华文仿宋']会[/font][font='华文仿宋']在一定程度上延长实验操作时间，[/font][font='华文仿宋']所以总体来说[/font][font='华文仿宋']使用两种仪器进行实验的耗时相差不大，但是使用SDC[/font][font='华文仿宋']-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ型[/font][font='华文仿宋']仪器[/font][font='华文仿宋']相对于UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型电位差计在操作上会[/font][font='华文仿宋']更加简便和智能化[/font][font='华文仿宋']。[/font][/size][align=center][size=18px][font='华文仿宋']表8[/font][font='华文仿宋']. [/font][font='华文仿宋']原电池电动势测定实验时间统计数据[/font][/size][/align][align=center][size=18px][font='times new roman']F[/font][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/11/202111301820189764_6869_5439527_3.png[/img][font='times new roman']igure 8. Galvanic Cell Electromotive Force Measurement Experiment time data[/font][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][align=center][size=18px][/size][/align][size=18px][font='等线 light']4[/font][font='等线 light']结论与展望[/font][font='华文仿宋']UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型直流高电势电位差计使用时需要与检流计连接，通过观察检流计指针变化来调节测量旋钮测定待测电池电动势。在测量过程中，UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型仪器需要不断按压使测量电路中通过电流，使检流计指针偏转从而调节阻值旋钮，而这容易出现按压时间过长的情况，使通过原电池的电流不趋于零，产生较大的极化电势，影响实验结果。此外，对检流计指针是否[/font][font='华文仿宋']指零易产生[/font][font='华文仿宋']误判，从而记录下不准确的测量结果。标准电池精确与否也容易给实验带来大的误差。使用UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型仪器开始测量前，需要用导线将检流计、标准电池、电源、待测电池连接进电路中，这一过程比较繁琐，导线数量的增多可能会对仪器内部阻值分布造成影响。长久以来，该仪器一直被使用于原电池电动势的测定实验中，具有一定的准确性，且经过验证其测量结果的相对误差较小，符合实验规范。[/font][font='华文仿宋']SDC-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ数字[/font][font='华文仿宋']电位差综合测试[/font][font='华文仿宋']仪相对[/font][font='华文仿宋']于传统仪器使用更加方便，不需要连接繁琐的电路，其配备有专门的导线，使导线对实验的影响降到最低。该仪器采用数字化的表盘，避免了判断指针偏向的失误，其相对于UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型仪器更加智能化，更加灵敏，能够检测到由于微小扰动所造成的电池电动势变化。但在判断测量电路中电流为零的时间点的把握上，[/font][font='华文仿宋']即检流示[/font][font='华文仿宋']数何时算是趋近于零，SDC-Ⅱ型仪器主观性更大。实验过程中，[/font][font='华文仿宋']检流示[/font][font='华文仿宋']数时常晃动，干扰结果判定，无法准确确定测量结果，在无形中会延长实验时间。此外，相较于UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型仪器，SDC-[/font][font='华文仿宋']Ⅱ数字[/font][font='华文仿宋']电位差综合测试仪采用内标法测量时，不用接入标准电池，不会受到标准电池老化、受潮等因素的影响，测量结果准确，相对误差小。[/font][font='华文仿宋']总体来看，SDC-Ⅱ型仪器操作更加简单方便，准确性较高，可以在原电池电动势的测定实验中代替UJ[/font][font='华文仿宋']25[/font][font='华文仿宋']型仪器作为测量仪器使用。[/font][font='华文仿宋']对于物理化学实验来说，掌握测量过程和实验步骤是次要的，理解每一个实验的物理化学原理才是主要的。只有真正理解实验原理，运用原理于实践中才能得心应手。现代社会中，智能化是大趋势，然而在许多智能化仪器的帮助下，学生们只知道如何使用，却往往不会去了解实验背后的化学原理，因此，如何权衡数字化仪器带来简便快捷的同时又不利于加深学生对实验原理理解的矛盾，是需要进一步深入思考的问题。[/font][font='等线 light']5[/font][font='等线 light']参考文献[/font][font='宋体'][[/font][font='宋体']1][/font][font='宋体']李[/font][font='宋体']苞[/font][font='宋体'],张虎成,张树霞,等.对消法测定原电池电动势实验中电极制备的改进[[/font][font='宋体']J].[/font][font='宋体']大学化学,2[/font][font='宋体']014,29([/font][font='宋体']2[/font][font='宋体']):59-63.[/font][font='宋体'][[/font][font='宋体']2][/font][font='宋体']赵会玲,宋江闯,[/font][font='宋体']熊焰[/font][font='宋体'].“原电池电动势的测定”实验的几点改进[[/font][font='宋体']J][/font][font='宋体'].广州化工,2[/font][font='宋体']015,(9):196-197.[/font][/size][align=left][size=18px][font='宋体'][[/font][font='宋体']3[/font][font='宋体']]胡俊平,刘妍,毕慧敏,等.物理化学实验项目改进创新——以“原电池电动势的测定及在热力学上的应用”为例[J].化学教育,2016,37(10):32-34. [/font][/size][/align][size=18px][font='宋体'][[/font][font='宋体']4[/font][font='宋体']]宋江闯,赵会玲,马淑然,等.高阻抗法测定原电池电动势及其温度系数[J][/font][font='宋体'].[/font][font='宋体']电源技术,2013,37(12):2182-2184,2264. [/font][font='宋体'][[/font][font='宋体']5[/font][font='宋体']]范国康,方卉慧.原电池电动势测定实验的微量化改进[J].科教导刊-电子版（中旬）,2020(6):175.[/font][font='宋体'][[/font][font='宋体']6][/font][font='宋体']天津大学物理化学教研室编.物理化学第六版（下）[/font][font='宋体'][M].[/font][font='宋体']北京：高等教育出版社,[/font][font='宋体'] [/font][font='宋体']2[/font][font='宋体']017[/font][font='宋体'].[/font][font='宋体'][[/font][font='宋体']7][/font][font='宋体']柯以侃,王桂花.大学化学实验第二版[[/font][font='宋体']M].[/font][font='宋体']北京:化学工业出版社,[/font][font='宋体'] 2010.[/font][font='宋体'][[/font][font='宋体']8]杨小勇,蔡飞宇,高康康,等.《原电池电动势测定》教学方法思考[J].课程教育研究[/font][font='宋体']([/font][font='宋体']新教师教学[/font][font='宋体'])[/font][font='宋体'],2013(34):314-314.[/font][font='宋体'][[/font][font='宋体']9]刘金峰.pH计的原理、使用方法和维护[J].口腔护理用品工业,2019,29(2):35-36.[/font][/size]

[font=&][color=#333333]氢燃料电池是一种能量生成装置，在燃料氢气用尽之前一直产生能量，而且氢燃料电池的反应物氢气加料时间远远短于动力电池的充电时间，以氢燃料汽车为例，一般充气 5-10 分钟便可续航 1000 公里，与纯电动汽车相比，使用氢燃料电池的电动汽车可以大大缩短动力电池的充电时间，并且还可以大大提高续航里程，当然还有最重要的一点，氢燃料电池的产物是水，是没有污染的，是替代内燃机的新型清洁能源。[/color][/font][img=,690,359]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/02/202402221318078948_3879_6387980_3.jpg!w690x359.jpg[/img][font=&][color=#333333]车用氢燃料电池升压DC-DC测试是指对汽车使用的氢燃料电池升压装置系统进行转换效率的测试。燃料电池电动汽车的核心就是燃料电池的输出供电。燃料电池将氢氧转变为低压电能， 通过 DC-DC 升压后给动力电池充电同时给电机控制器供电驱动电机运转，在实际量产测试时由于功率密度高（一般为 60-120kw 电堆）、电压高（燃料电池直接输出 200V 左右，DC-DC 升压后达到 600V 左右）、电流高（200A-300A 左右），测试一直是个难题。[/color][/font][img=,690,359]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/02/202402221318079937_665_6387980_3.png!w690x359.jpg[/img][b]吹田电气解决方案[/b]吹田电气 (SUITA) 为车用氢燃料电池升压DC-DC测试提供专业的解决方案，针对目前车氢燃料电池相关测试难题提供精准的mV级电压测量与mA级电流测量的双向可编程直流电源SPSD15150B-30。可以提供1500V、±30A和±15kw，实现电能双向流动、正反方向自动无缝切换，功率密度更高、回馈效率更高，节能降耗，实时监测汽车氢燃料电池的功率、电压、电流等参数，并记录和储存测试数据，同时标配可互换的数字式接口与波形函数发生器，并且仪器内置多种工作模式与测试程序，帮助技术人员高效快速制定解决方案。[img=,690,347]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/02/202402221318089768_7766_6387980_3.png!w690x347.jpg[/img][b]方案的主要优势：[/b][list=1][*]完备可编程功能：双向可编程直流电源SPSD15150B-30.标配一任意波形函数发生器，具有完备的可编程功能与精密全面的开发者模式，可以设置序列输出，且最小可控编程时间低至10ms。[*]丰富的保护功能：双向可编程直流电源SPSD15150B-30.具备OVP、OCP、OPP以及OTP功能，可以限制最大输出电压、最大输出电流、最大输出功率以及工作时的最高温升，避免意外发生。[*]高性能并机系统：双向可编程直流电源SPSD15150B-30.可以并联组成供电系统，最多支持10台电源并联。电源并联后可以扩大功率，且具有真正的宽范围功能，能够在低电压下自动增大电流，从而使单机满足更广泛的测试要求。[*]无级变速风冷：双向可编程直流电源SPSD15150B-30.具备无级变速的强迫风冷功能，可以对工作时电源温度进行很好的控制，避免温升过高，且无级变速使得仪器更加安静节能。[*]智能操作界面：双向可编程直流电源SPSD15150B-30.配备高清触摸显示屏，智能操作界面可以快速配置和测试，无需进行大量的手动检查，操作简单，降低上手成本。[*]电池模拟功能：双向可编程直流电源SPSD15150B-30.内置电池充放电算法与内阻模式，可以模拟电池使用，并且具备自动检测能力的压降补偿功能。[/list][b]吹田电气产品可应用于多场景：[/b][list=1][*]汽车电机、电控制器和动力电池测试。[*]微电网、逆变器测试。[*]燃料电池测试。[*]生产、制造类工业控制测试。[*]通信供电和LED 产品测试。 [/list]

[font=宋体][color=#222222]在一次企业现场计量时候，我们看到实验室人员做绝缘测试，一位老师傅和一位年轻小伙子一人拿着一个仪器比着做，老师傅用的摇表，传统且用了一辈子的工具。而小伙子用的是数字式绝缘电阻表，一键计算功能，可计算极化指标和介质吸收率，消除了人为计算误差，无需记忆复杂的公式，记录一连串的读数。精确的测量结果和信息节约了时间和费用。作为一名使用福禄克多年的用户，下面来评价一下该款数字“摇表”的优势和不足，希望大家在选购仪器设备时少走弯路，也希望厂家不断改进仪器来满足用户的需求。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]一、厂家介绍：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]福禄克Fluke仪器仪表公司在中国改革开放的初期1978年就进入了中国。首先在北京建立了维修站，随后就成立了办事处。目前福禄克公司在北京、上海、广州、成都、西安都设有办事处，在沈阳、大连、武汉、南京、济南、乌鲁木齐、重庆和深圳设有联络处，这些机构为中国各界用户提供着方便、周到、及时的服务。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]多年来，福禄克为各个工业领域提供用于测试和检测故障的优质电子仪器仪表产品，并把该市场提升到重要地位。每新建的一个工厂、 办公区、或设施，都可成为福禄克产品的潜在用户。从工业控制系统的安装调试到过程仪表的校验维护，从实验室精密测量到计算机网络的故障诊断，福禄克的产品帮助各行各业的业务高效运转并不断发展。无论是技术人员、工程师、科研、教学人员还是计算机网络维护人员，都通过使用福禄克的仪器仪表产品扩展了个人能力，并出色地完成了工作。正是他们，给予福禄克的信任和良好的口碑，使得福禄克品牌在安全、耐用、精准、易用的质量标准方面得到高度的美誉，成为所涉及的领域中的佼佼者。[/color][/font][img=,240,325]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211231207030364_8889_2771427_3.jpg!w240x325.jpg[/img][font=宋体][color=#222222]二、首先，我们要知道绝缘电阻是什么：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]电之所以能为人所用，很大程度是因为绝缘，即利用不导电的物质将带电物体隔离或包裹起来，防止触电事故的发生，外面的隔离物就叫绝缘体。理想绝缘体是不导电的，即电阻为无穷大，而实际上绝缘体总有一定的导电能力，加上高电压时，会有少许的漏电流通过。绝缘体阻止电流通过的能力就叫绝缘电阻。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]绝缘电阻测试仪器就是：测量导体与绝缘层间的阻值。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]三、绝缘电阻阻值的判断：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]为了保证电气设备运行的安全，绝缘电阻应等于或大于一个最低值：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]各种电器的具体规定不一样最低限值：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]低压设备0.5MΩ[/color][/font][font=宋体][color=#222222]3-10KV 300M[/color][/font][font=宋体][color=#222222]Ω、[/color][/font][font=宋体][color=#222222]20-35KV[/color][/font][font=宋体][color=#222222]为400MΩ、[/color][/font][font=宋体][color=#222222]63-220KV[/color][/font][font=宋体][color=#222222]为800MΩ、[/color][/font][font=宋体][color=#222222]500KV[/color][/font][font=宋体][color=#222222]为3000MΩ[/color][/font][font=宋体][color=#222222]将所测得数值与出厂、交接、历年的数值进行比较，与前一次测试结果相比应无显著变化，一般不低于上次值的70%[/color][/font][font=宋体][color=#222222]四、仪器的选择根据电压等级来判断：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]电压等级的选择根据被测电气设备或回路电压选择仪表电压等级：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]100V[/color][/font][font=宋体][color=#222222]以下：250V；[/color][/font][font=宋体][color=#222222]100V[/color][/font][font=宋体][color=#222222]至500V：500V；[/color][/font][font=宋体][color=#222222]500V[/color][/font][font=宋体][color=#222222]至3000V：1000V；[/color][/font][font=宋体][color=#222222]3000V[/color][/font][font=宋体][color=#222222]至10000V：2500V；[/color][/font][font=宋体][color=#222222]10000V[/color][/font][font=宋体][color=#222222]及以上：5000V。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]电阻量程范围的选择：被测设备的绝缘电阻值在准确测量区域内。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]五、福禄克（FLUKE）1508绝缘电阻测试仪（数字“摇表”）优势和不足：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]优势：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]1.[/color][/font][font=宋体][color=#222222]中文界面和LCD显示屏，坚固、可靠、易用。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]2.[/color][/font][font=宋体][color=#222222]精密测量工具，包括测试电缆、马达和变压器。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]3.[/color][/font][font=宋体][color=#222222]具有一键计算功能，可计算极化指标和介质吸收率，消除了人为计算误差。无需记忆复杂的公式，或记录一连串的读数。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]4.[/color][/font][font=宋体][color=#222222]若连续 10 分钟没有功能档改变或按钮操作，测试仪会进入“睡眠模式”并使显示屏空白。这可以节省电池电量。按任意键或转动旋转开关，测试仪就会退出“睡眠模式”。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]5.[/color][/font][font=宋体][color=#222222]为了提醒您注意潜在危险的电压，当测试仪在绝缘测试中[/color][/font][font=宋体][color=#222222]检测到超过≥30 V以上的电压，在电阻中检测到超过 ≥2 V的电压，或者电压过载（0L）时，→符号会显示在显示屏上。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]不足：[/color][/font][font=宋体][color=#222222]1.[/color][/font][font=宋体][color=#222222]希望可以配备挎包便携式布袋，可以立式固定在测试环境附近；[/color][/font][font=宋体][color=#222222]2.[/color][/font][font=宋体][color=#222222]价格在2000元左右，相比于国产设备较贵，但是优势繁多。实验室人员需要权衡仪器设备的使用精度、频次以及技术要求。[/color][/font][font=宋体][color=#222222]六、总结[/color][/font][font=宋体][color=#222222]市场上[/color][/font][font=宋体][color=#222222]测试仪[/color][/font][font=宋体][color=#222222]厂家很多，有进口的有国产的，各厂家的仪器特点不同，突出的特点也不一样，有的仪器市场占有率较高，与仪器灵敏度，稳定性好，使用方便，售后服务好等有关系。想在市场上占有一席之地，一是不断改进与提高仪器的使用技术，二是满足用户需求，设计出用户满意的[/color][/font][font=宋体][color=#222222]仪表[/color][/font][font=宋体][color=#222222]。[/color][/font][font=宋体][color=#222222] [/color][/font]