Хабрахабр

[Из песочницы] Придумываем технологию Powercheck

Меня всегда интересовало как устроен и работает индикатор заряда на батарейках Duracell:

Но перед тем как посмотреть на решение, которое используется в батарейках, давайте попробуем прийти к нему самостоятельно.
А также почему под ним указано, что тестировать нужно при 21°С.

Наиболее простым и распространенным способом измерения напряжения является косвенный метод, при котором измеряется ток, протекающий через резистор с известным номиналом.
Как известно, одним из способов проверки заряда батареи служит измерение напряжение на её выводах, и чем оно выше, тем лучше батарея заряжена.

В этом случае протекающий по резистору R ток будет:

  • создавать постоянное электромагнитное поле;
  • нагревать резистор.

нам нужно получить как можно более простое устройство, пусть и с некоторой погрешность измерений. Первый эффект нам не очень интересен, т.к. Но зато он широко используется в аналоговых электромеханических вольтметрах.

с его помощью в сочетании с термокраской можно получить нужный нам простой индикатор. Второй эффект более интересен т.к. На изоляционную пленку батареи с внешний стороны наносится полоска яркого цвета, которая будет служить индикатором, и покрывается термокраской, которая будет становится прозрачной по мере нагревания. Рассмотрим это решение. И вроде бы индикатор готов?
С внутренней же стороны изоляционной пленки наносится слой токопроводящего материала с определенным сопротивлением.

Во-первых, резистор на обратной стороне изоляции будет нагреваться равномерно, и соответственно степень заряда можно будет определять только по тому, насколько ярко просматривается индикаторная полоска через термокраску. Давайте рассмотрим ограничения этого решения и постараемся их решить. В этом случае придется наносить образцы цвета для нескольких уровней заряда, с которыми нужно будет сравнивать текущее показание индикатора. Можно считать, что когда полоска не просматривается, батарея полностью разряжена, а когда полностью видна то заряд 100%. Это может вызывать трудности в считывании промежуточных значений.

Тогда определять уровень заряда станет проще, т.к. А можно ли сделать так, чтобы индикаторная полоска проявлялась не вся сразу, а начиная с какого-либо конца? уровень заряда может, например, соответствовать проценту проявившегося индикатора.

Т.к. Из закона Джоуля-Ленца для постоянного тока и сопротивления, количество выделившегося тепла в проводнике зависит от значений тока, сопротивления и времени. Время включения индикатора определяется пользователем. в цепи только одно сопротивление, то по нему протекает один ток. Что если сделать сопротивление резистора неравномерным? Из величин, которые можно изменить остается только сопротивление. Например, вот так:

Чем шире участок резистора, тем больше его поперечное сечение, а значит тем меньшее сопротивление он имеет. Ширина резистора на рисунке определяет, ширину резистора на изоляции. Схему можно перерисовать в следующем виде:

Кроме того, увеличение ширины резистора увеличивает площадь с которой рассеивается тепло т.е. Где один неравномерный резистор представлен четырьмя последовательно включенными резисторами, такими что R1 > R2 > R3 > R4. участки с меньшим сопротивлением будут медленнее нагреваться и быстрее остывать.

Примером может служить предыдущая версия индикатора:
Таким образом, используя неравномерное сопротивление можно получить индикатор, в котором индикаторная полоса будет проявляться с заданной стороны (со стороны имеющей большее сопротивление) и до заданного уровня (определяется установившимся термобалансом).

имеет определенною теплоемкость и хорошо проводит тепло. Во-вторых, корпус батареи выполнен из металла т.е. Значит необходимо поместить теплоизоляцию между индикатором и корпусом, т.к. Получается, что корпус будет служить неплохим радиатором для нашего индикатора. Как термоизолирующую прокладку можно использовать бумагу, картон или же воздух. нагрев всего корпуса батареи до необходимой температуры не самый лучший вариант. Например, сделать подложку только по периметру индикатора.

Значит нужна кнопка его включения. В-третьих, в целях экономии заряда, индикатор не может быть постоянно включен. Конструкция очень напоминает мембранную кнопку, остается лишь сделать в изоляции отверстие и кнопка будет готова:
У нас есть металлический корпус батареи и токопроводящий слой резистора, изолированный прокладкой от корпуса.

С внутренний стороны нанесен резистор с неравномерным сопротивлением и отделен от корпуса батареи термопрокладкой с пощью которой сделано подобием мембранной кнопки для включения индикатора. Итого, придуманный нами индикатор состоит из индикаторной полоски, на внешней стороне изоляции батареи, покрытой термокраской. Вот мы и пришли к решению, которое используется в батарейках Duracell, и теперь можно смотреть, как оно в них реализовано:

И в завершении, показания индикатора батареи типа AAA в зависимости от протекающего тока:
Теперь понятно требование использования этого индикатора при 21°С.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть