標準電池

等級

　　標準電池的等級一般由國家計量部門制定的國家計量檢定系統(tǒng)表和有關的國家標準所規(guī)定。中華人民共和國規(guī)定，作為計量標準用的標準電池，按其在計量檢定系統(tǒng)表中的位置分為計量基準、計量標準和工作計量器具三檔。按計量檢定系統(tǒng)表的規(guī)定，較低檔標準電池的量值由較高檔傳遞。

　　直流電動勢基準是最高檔的標準電池，保存在國家計量技術機構，用于復現(xiàn)和保存法定電壓單位。為了提高電動勢基準量值的穩(wěn)定性，通常用多個高質(zhì)量標準電池組成基準組，取其電動勢值的平均值作為所保存的電動勢量值。直流電動勢基準組的年變化為 10-7量級。其電動勢值的絕對值需用絕對測定的方法來確定（見電單位的絕對測定）。絕對測定的不確定度（見電磁測量誤差）為10-6量級。

　　為了使用方便，標準電池的穩(wěn)定度也常用級別來表示。例如0.01級標準電池，表示其年變化在規(guī)定的參考條件下小于0.01%。中國的標準電池從0.0002～0.02級，共分為7個級別。

構造

　　飽和標準電池和不飽和標準電池的結構基本相同，正極為汞（Hg）、負極為鎘汞齊（Hg Cd齊），二者的區(qū)別在于飽和電池的硫酸鎘（CdSO4）溶液飽和，并有適量的硫酸鎘晶體（見附圖）。飽和標準電池的內(nèi)阻約為700Ω，隨著時間的增加，內(nèi)阻逐漸稍有增大。若從標準電池中輸出電流，則端電壓要下降。因此，使用標準電池作為標準的電路時必須具有非常高的阻抗。不過，從標準電池中瞬時輸出電流，一般并不永久損壞標準電池，但恢復原狀要花時間。一只良好的標準電池若短路1s，要花約6h才能恢復。 質(zhì)地優(yōu)良的飽和標準電池具有長期穩(wěn)定的電動勢。不過，會受機械沖擊、熱沖擊或溫度變化的影響。通常，機械沖擊的影響比溫度變化影響小，幾小時甚至幾分鐘就能恢復。只要電池處于良好狀態(tài)，運輸后的標準電池也能在幾天之內(nèi)恢復原狀。當然，對劇烈的振動仍應避免。

　　溫度變化對標準電池的電動勢影響很大，這種影響有兩種形式：一是電動勢隨溫度變化，二是滯后影響。

使用

　　標準電池不允許晃動、側(cè)放，并避免劇烈震動或倒置，否則會引起不可逆的變化，甚至損壞。標準電池不能作為輸出電功率的原電池，在使用時通過標準電池的電流一般不能超過 1微安。過大的電流將使電動勢產(chǎn)生不可恢復的改變。

　　飽和式標準電池的電動勢的溫度系數(shù)較大，約為4×10-5/開，一般情況下應該保證檢定時和使用時的溫度相一致。如果兩者有差別，則需要用插值公式進行修正。在精密測量中，為了保證標準電池電動勢值的穩(wěn)定，需要把標準電池放在自動控制溫度的油槽中。油槽的溫度變化范圍約為±0.01開，高質(zhì)量的油槽可達到±0.001開。70年代以來，發(fā)展了用電子裝置控制的空氣恒溫槽，其溫度穩(wěn)定性較高，而且可以做成便攜式的，因而得到廣泛使用。

　　不飽和式標準電池的電動勢的溫度系數(shù)較小，約為5×10-6/開左右，對機械沖擊的敏感性也較小。其缺點是穩(wěn)定性不如飽和式的高。不飽和式標準電池的年變化約為(50～100)×10-6。

　　由于標準電池有脆弱、不易運輸、溫度系數(shù)較大等缺點，20世紀70年代以來發(fā)展了一系列可用作電壓標準的精密穩(wěn)壓二極管，端電壓為1～10伏，溫度系數(shù)小于1×10-6/開，年變化可小于2×10-6，在很多場合下可取代傳統(tǒng)的標準電池。

注意事項

　　從標準電池的原理、結構、特性可知，在使用標準電池時需注意以下五點。

　?、贅藴孰姵夭辉试S傾斜，更不允許搖晃和倒置，否則會使玻璃管內(nèi)的化學物質(zhì)混成一體，從而影響電動勢值和穩(wěn)定性，甚至不能使用。凡運輸后的標準電池必須靜置足夠時間后才能再用；凡被顛倒過的電池經(jīng)考核合格后方可使用。

　?、诓荒苓^載。標準電池一般僅允許通過小于1μA的電流，否則會因極化而引起電動勢不穩(wěn)定；流過標準電池的電流不能超過允許值；不要用手同時觸摸兩個端鈕，以防人體將兩極短路；絕不允許用電壓表或萬用表去測量標準電池的電動勢值，因為這種儀表的內(nèi)阻不夠大，會使電池放電電流過大。

　　③使用和存放的溫度、濕度必須符合規(guī)定。溫度波動要小，以防滯后效應帶來誤差。溫度梯度要小，以防兩電極溫度不一致，若兩極間溫度差為0.1℃，則會有約30pV的電動勢偏差。因此，電池附近不能有冷源、熱源，移動到新溫度下時必須保持恒溫一段時間后方可使用。

　?、懿粦荜柟?、燈光直射。因為標準電池的去極化劑硫酸亞汞是一種光敏物質(zhì)，受光照后會變質(zhì)，將使極化和滯后都變得嚴重。

　?、輼藴孰姵氐臉O性不能接反。由于齊納二極管的端電壓與反向電流在小范圍內(nèi)的波動幾乎無關，也可將其作為電動勢標準，用于儀器中，代替標準電池。