Тестер для контроля энергоемкости элементов питания

В продаже всегда есть большой ассортимент элементов питания. При этом многие из них не имеют маркировку со сроком годности или месяцем изготовления. Продавец тоже не всегда может ответить на эти вопросы.

Даже если батарейка не просрочена, ее энергоемкость зависит от условий хранения. Кроме того, красивая упаковка не всегда является признаком высокого качества самого элемента питания — в продаже много подделок под хорошо известные фирмы добросовестных производителей.

В журналах приводится немало простых схем для испытания гальванических элементов [Л7, Л8]. Такие устройства предназначены для ограниченного числа типов батарей и позволяют только оценить два состояния: годен — не годен. Конечно, это тоже полезно, но хотелось бы иметь информацию о фактической емкости заряда элемента питания. Что позволит их сравнивать между собой по качеству.

В принципе, проверить энергоемкость любого элемента питания можно при помощи стрелочного тестера с пределом измерения тока до 5...6 А и напряжения на шкале 1,5 В. Такой предел для измерения тока имеют только некоторые из универсальных тестеров, например: Ц4312, Ц4317, Ц4352. В карман этот прибор не положишь (он весит от 1,5 до 2 кг), да и при измерении возникают некоторые неудобства, особенно с миниатюрными элементами для питания часов — они стараются выскользнуть из рук.

Для проверки качества гальванического элемента питания и оценки его энергоемкости достаточно выполнить два измерения:

1) подключить нагрузку и измерить напряжение на элементе — оно должно превышать 1,2 В. При этом для каждого типа элемента используется свое сопротивление нагрузки.

2) кратковременно (на 1...3 с) к выводам элемента питания подключить тестер в режиме измерения тока (на максимальном пределе). В зависимости от типа элемента и его состояния ток в цепи может достигать 5...6 А.

Измерение напряжения на элементе без нагрузки не дает достоверного результата. Не работающий (разряженный или высохший) элемент в режиме "холостого хода" часто может выдавать номинальное напряжение. Исключением является явный брак, когда напряжения нет вообще.

По значению тока, когда батарейка работает в режиме, близком к короткому замыканию, можно оценить емкость имеющегося заряда, а также внутреннее сопротивление элемента (именно внутреннее сопротивление ограничивает возрастание тока до бесконечности). Это позволяет сравнивать их между собой, выбирая наилучший по максимальному току.

Режим короткого замыкания для батарейки или аккумулятора должен быть кратковременным (до 3 с), чтобы не повредить из-за перегрева, так как большая часть мощности при этом рассеивается на внутреннем сопротивлении элемента. Сопротивление же внешней измерительной цепи для тока в этом случае, как правило, значительно меньше внутреннего сопротивления.

Простейшее устройство, рис. 1.22, предназначено для быстрой проверки напряжения и емкости, что дает возможность легко оценить качество приобретаемого гальванического элемента питания или степень заряда аккумулятора с номинальным напряжением 1,2...1,5 В. Это позволит в магазине выбрать батарейку, которая прослужит значительно дольше, а также выявить явный и скрытый брак.

Следует знать, что аккумуляторы обычно продаются в магазине не заряженными и их нужно проверять уже после зарядки.

Для удобства подключения устройство имеет четыре пары контактных зажимов Х1...Х8 под установку разных типоразмеров элементов питания: миниатюрных гальванических для часов, R6 (элемент 316), R14 (343) и R20 (373). Конструкция зажимов зависит от того, с какими элементами чаще всего приходится иметь дело (их можно приобрести уже готовые).

Пользоваться устройством довольно просто. Схема состоит из измерителя напряжения и тока. При установке проверяемого элемента (соблюдая полярность) в соответствующие зажимы стрелочный измерительный прибор РА1 будет показывать напряжение "холостого хода". Для новой батарейки оно должно быть около 1,5 В (у заряженного аккумулятора 1,2...1.5 В).

При помощи переключателя SA1 ("нагрузка") устанавливаем нужную нагрузку для конкретного элемента и нажимаем кнопку SB3 (U). Прибор РА1 будет показывать напряжение на элементе в рабочем состоянии. Оно не должно сильно уменьшаться по сравнению с предыдущим режимом.

Номиналы сопротивлений R6...R10 подбираются с учетом максимального допустимого тока через элементы. Значение разрядного тока в цепи выбраны из условия не более 0,1 Q, где Q — энергоемкость, выраженная в ампер-часах. Так как на самом элементе часто не указывают энергоемкость, то, чтобы сориентироваться, какую нагрузку следует использовать, можно воспользоваться табл. 1.1.

Более подробная информация по гальваническим источникам питания и их особенностях приведена в литературе [например, J124 стр. 220; Л25; Л26].

Энергоемкость у элемента можно проверить при помощи двух кнопок "ток". При нажатии кнопки SB1 или SB2 индикатор РА1 работает как амперметр со шкалой измерения 5 или 1 А соответственно. Обычно приходится пользоваться кнопкой SB2 (шкала 1 А) для проверки миниатюрных элементов, применяемых в часах.

По показаниям тока легко оценить реальную емкость заряда у элементов и сравнивать их между собой. При этом если ток начинает сильно "ползти" вниз (уменьшаться) — это говорит о браке. Такой элемент долго работать не будет.

Диоды VD1, VD2 предотвращают повреждение стрелочного индикатора при неправильной полярности подключения гальванического элемента.

В качестве индикатора РА1 можно использовать стрелочный микроамперметр с током полного отклонения 150 или 100 мкА, например М4247, М4248. Подойдет также любой другой малогабаритный индикатор от бытовых приборов, например М476.

Остальные детали: резисторы могут быть любого типа соответствующей мощности, например R1...R3Tnna С5-16МВ. Кнопки SA1...SA3 типа КМ2-1 (КМ1-1). Микропереключатель SA1 типа ПГ2-6-6П2НВ или ПГ2-6-12П1НВ.

При изготовлении устройства настройка прибора начинается с установки подбором номинала резистора R5 полного отклонения стрелки микроамперметра РА1 при напряжении 1,5 В на контактных зажимах.

Для режима измерения тока регулировку выполняем сначала при нажатой кнопке SB2 — резистором R4 добиваемся полного отклонения стрелки при токе в цепи 1 А. После этого нажимаем кнопку SB1 и подбираем номинал резистора R1 так, чтобы полное отклонение стрелки индикатора было при токе в цепи 5 А и напряжении на зажимах 1 В.

Литература:  И.П. Шелестов - Радиолюбителям полезные схемы, книга 3.