Ich war immer daran interessiert, wie die Ladeanzeige bei Duracell-Batterien funktioniert und funktioniert:
Und auch, warum darunter angegeben ist, dass bei 21 ° C getestet werden muss. Bevor Sie sich jedoch die Lösung ansehen, die in Batterien verwendet wird, versuchen wir, sie selbst zu lösen.
Wie Sie wissen, besteht eine Möglichkeit, die Batterieladung zu überprüfen, darin, die Spannung an den Klemmen zu messen. Je höher diese ist, desto besser wird die Batterie geladen. Die einfachste und gebräuchlichste Methode zur Spannungsmessung ist die indirekte Methode, bei der der durch einen Widerstand mit einem bekannten Nennwert fließende Strom gemessen wird.
In diesem Fall beträgt der durch den Widerstand R fließende Strom:
- ein konstantes elektromagnetisches Feld erzeugen;
- heizen Sie den Widerstand.
Der erste Effekt ist für uns nicht sehr interessant, weil Wir müssen das einfachste Gerät bekommen, wenn auch mit einigen Messfehlern. Aber dann ist es weit verbreitet in analogen elektromechanischen Voltmetern.
Der zweite Effekt ist seitdem interessanter Mit seiner Hilfe erhalten Sie in Kombination mit Thermofarbe den einfachen Indikator, den wir benötigen. Betrachten Sie diese Lösung. Ein Streifen heller Farbe wird von außen auf den Isolierfilm der Batterie aufgebracht, der als Indikator dient, und mit Thermofarbe bedeckt, die beim Aufwärmen transparent wird. Auf die Innenseite des Isolierfilms wird eine Schicht aus leitendem Material mit einem bestimmten Widerstand aufgebracht. Und der Indikator scheint bereit zu sein?
Schauen wir uns die Einschränkungen dieser Lösung an und versuchen Sie, sie zu lösen. Erstens erwärmt sich der Widerstand auf der Rückseite der Isolierung gleichmäßig, und dementsprechend kann der Ladungsgrad nur dadurch bestimmt werden, wie hell der Anzeigestreifen durch die Wärmelacke sichtbar ist. Wir können davon ausgehen, dass der Akku vollständig entladen ist, wenn der Streifen nicht sichtbar ist, und wenn die Ladung vollständig sichtbar ist, beträgt die Ladung 100%. In diesem Fall müssen Farbmuster für mehrere Ladungsstufen angewendet werden, mit denen der aktuelle Indikatorwert verglichen werden muss. Dies kann zu Schwierigkeiten beim Lesen von Zwischenwerten führen.
Ist es möglich, den Anzeigestreifen nicht auf einmal erscheinen zu lassen, sondern von einem bestimmten Ende aus? Dann wird es einfacher, den Ladezustand zu bestimmen, weil Der Ladezustand kann beispielsweise dem Prozentsatz des angezeigten Indikators entsprechen.
Nach dem Joule-Lenz-Gesetz für Gleichstrom und Widerstand hängt die im Leiter freigesetzte Wärmemenge von den Werten Strom, Widerstand und Zeit ab. Weil Es gibt nur einen Widerstand im Stromkreis, dann fließt ein Strom durch ihn. Der Indikator für die Zeit ist benutzerdefiniert. Von den Größen, die geändert werden können, bleibt nur der Widerstand übrig. Was ist, wenn der Widerstand des Widerstands ungleichmäßig ist? Zum Beispiel so:
Die Breite des Widerstands in der Abbildung bestimmt die Breite des Widerstands auf der Isolierung. Je breiter der Widerstandsabschnitt ist, desto größer ist sein Querschnitt und desto geringer ist sein Widerstand. Das Schema kann wie folgt neu gezeichnet werden:
Wobei ein ungleichmäßiger Widerstand durch vier in Reihe geschaltete Widerstände dargestellt wird, so dass R1> R2> R3> R4. Zusätzlich erhöht das Erhöhen der Breite des Widerstands den Bereich, mit dem Wärme abgeführt wird, d.h. Bereiche mit geringerem Widerstand erwärmen sich langsamer und kühlen schneller ab.
Somit ist es unter Verwendung eines ungleichmäßigen Widerstands möglich, einen Indikator zu erhalten, bei dem der Indikatorstreifen von einer gegebenen Seite (von der Seite mit größerem Widerstand) und bis zu einem gegebenen Niveau (bestimmt durch einen stetigen Wärmehaushalt) erscheint. Ein Beispiel ist die vorherige Version des Indikators:
Zweitens besteht das Batteriegehäuse aus Metall, d.h. Es hat eine spezifische Wärmekapazität und leitet die Wärme gut. Es stellt sich heraus, dass das Gehäuse als guter Kühler für unseren Indikator dient. Daher ist es notwendig, eine Wärmedämmung zwischen dem Indikator und dem Gehäuse anzubringen, z Das Erhitzen des gesamten Batteriegehäuses auf die erforderliche Temperatur ist nicht die beste Option. Als wärmeisolierendes Pad können Sie Papier, Pappe oder Luft verwenden. Stellen Sie beispielsweise ein Substrat nur um den Umfang des Indikators her.
Drittens kann die Anzeige nicht ständig eingeschaltet sein, um Strom zu sparen. Sie benötigen also einen Knopf, um es einzuschalten. Wir haben ein Metallbatteriegehäuse und eine leitende Widerstandsschicht, die durch eine Dichtung vom Gehäuse isoliert ist. Das Design ist einem Membranknopf sehr ähnlich, es bleibt nur ein Loch in die Isolierung zu bohren und der Knopf ist fertig:
Insgesamt besteht der von uns entwickelte Indikator aus einem Indikatorstreifen an der Außenseite der Batterieisolierung, der mit Thermofarbe beschichtet ist. Ein Widerstand mit ungleichmäßigem Widerstand wird an der Innenseite angelegt und durch ein Wärmeleitpad vom Batteriegehäuse getrennt, mit dessen Hilfe ein Membranknopf zum Einschalten der Anzeige hergestellt wird. Wir sind also zu der Lösung gekommen, die in Duracell-Batterien verwendet wird, und jetzt können Sie sehen, wie sie in ihnen implementiert ist:
Jetzt ist die Anforderung, diesen Indikator bei 21 ° C zu verwenden, klar. Und schließlich die Batterieanzeige Typ AAA, abhängig vom fließenden Strom: