Siempre me interesó cómo funciona y funciona el indicador de carga de las baterías Duracell:
Y también por qué se indica debajo que es necesario realizar una prueba a 21 ° C. Pero antes de mirar la solución que se usa en las baterías, intentemos llegar a ella por nuestra cuenta.
Como sabe, una de las formas de verificar la carga de la batería es medir el voltaje en sus terminales, y cuanto mayor sea, mejor se cargará la batería. La forma más simple y común de medir el voltaje es el método indirecto, en el cual se mide la corriente que fluye a través de una resistencia con un valor nominal conocido.
En este caso, la corriente que fluye a través de la resistencia R será:
- crear un campo electromagnético constante;
- calentar la resistencia.
El primer efecto no es muy interesante para nosotros, porque Necesitamos obtener el dispositivo más simple posible, aunque con algún error de medición. Pero luego es ampliamente utilizado en voltímetros electromecánicos analógicos.
El segundo efecto es más interesante ya que Con su ayuda, en combinación con pintura térmica, puede obtener el indicador simple que necesitamos. Considera esta solución. Se aplica una franja de color brillante a la película aislante de la batería desde el exterior, que servirá como indicador, y se cubre con pintura térmica, que se volverá transparente a medida que se calienta. En el interior de la película aislante, se aplica una capa de material conductor con cierta resistencia. ¿Y el indicador parece estar listo?
Veamos las limitaciones de esta solución e intentemos resolverlas. En primer lugar, la resistencia en el reverso del aislamiento se calentará de manera uniforme y, en consecuencia, el grado de carga solo puede determinarse por el brillo de la tira indicadora a través de la pintura térmica. Podemos suponer que cuando la tira no es visible, la batería está completamente descargada, y cuando la carga es completamente visible, la carga es del 100%. En este caso, es necesario aplicar muestras de color para varios niveles de carga, con lo cual será necesario comparar la lectura del indicador actual. Esto puede causar dificultades en la lectura de valores intermedios.
¿Es posible hacer que la tira indicadora aparezca no de una vez, sino a partir de algún extremo? Entonces será más fácil determinar el nivel de carga, porque el nivel de carga puede, por ejemplo, corresponder al porcentaje del indicador que aparece.
Según la ley de Joule-Lenz para corriente continua y resistencia, la cantidad de calor liberado en el conductor depende de los valores de corriente, resistencia y tiempo. Porque solo hay una resistencia en el circuito, luego una corriente fluye a través de él. El indicador a tiempo está definido por el usuario. De las cantidades que se pueden cambiar, solo queda resistencia. ¿Qué pasa si la resistencia de la resistencia se vuelve desigual? Por ejemplo, así:
El ancho de la resistencia en la figura determina el ancho de la resistencia en el aislamiento. Cuanto más ancha es la sección de la resistencia, mayor es su sección transversal y, por lo tanto, menor resistencia tiene. El esquema se puede volver a dibujar de la siguiente manera:
Donde una resistencia no uniforme está representada por cuatro resistencias conectadas en serie, de modo que R1> R2> R3> R4. Además, aumentar el ancho de la resistencia aumenta el área con la que se disipa el calor, es decir Las áreas con menos resistencia se calentarán más lentamente y se enfriarán más rápido.
Por lo tanto, utilizando una resistencia no uniforme, es posible obtener un indicador en el que la tira indicadora aparecerá desde un lado dado (desde el lado que tiene mayor resistencia) y hasta un nivel dado (determinado por un equilibrio térmico constante). Un ejemplo es la versión anterior del indicador:
En segundo lugar, la caja de la batería está hecha de metal, es decir Tiene una capacidad calorífica específica y conduce bien el calor. Resulta que el estuche servirá como un buen radiador para nuestro indicador. Por lo tanto, es necesario colocar aislamiento térmico entre el indicador y la carcasa, ya que calentar toda la caja de la batería a la temperatura requerida no es la mejor opción. Como almohadilla aislante del calor, puede usar papel, cartón o aire. Por ejemplo, haga un sustrato solo alrededor del perímetro del indicador.
En tercer lugar, para ahorrar energía, el indicador no puede estar encendido constantemente. Entonces necesitas un botón para encenderlo. Tenemos una caja de batería de metal y una capa de resistencia conductora aislada por una junta de la caja. El diseño es muy similar a un botón de membrana, solo queda hacer un agujero en el aislamiento y el botón estará listo:
En total, el indicador que se nos ocurrió consiste en una tira indicadora, en el exterior del aislamiento de la batería, recubierta con pintura térmica. Se aplica una resistencia con resistencia desigual en el interior y se separa de la caja de la batería mediante una almohadilla térmica, con la ayuda de la cual se hace un botón de membrana para encender el indicador. Así que llegamos a la solución que se usa en las baterías Duracell, y ahora puede ver cómo se implementa en ellas:
Ahora el requisito de usar este indicador a 21 ° C es claro. Y finalmente, el indicador de batería tipo AAA, dependiendo de la corriente que fluye: