Меню Закрыть

Чем измерить плотность электролита в аккумуляторе: какая должна быть, как проверить, как поднять?

Содержание

Измерение плотности ареометром

   Любой автолюбитель, который ответственно относится к уходу за своим авто, должен обращать тщательное внимание на электрическую составляющую машины, а в частности на аккумулятор. Мы не устанем повторять о том, что периодически контролируя состояние Вашей батареи, Вы продливаете её срок службы в разы! Одной из важнейших характеристик, по которой можно судить о состоянии АКБ является плотность его электролита. Итак, давайте сегодня разберем измерение плотности ареометром. Вы убедитесь что это совсем не сложно и возможно станете чаще уделять этому внимание в будущем.

Следует так же отметить, что существует два типа стартерных аккумуляторных батарей: обслуживаемые и необслуживаемые АКБ. Подробно различия между ними мы рассматривали в этой статье. Сейчас же хочу обратить Ваше внимание, что измерение плотности электролита ареометром возможно произвести только в обслуживаемых аккумуляторах.

Рекомендую все процедуры связанные с электролитом проводить в защитной одежде и очках.

Уровень электролита в аккумуляторе

Итак, мы имеем обслуживаемую батарею. Перед тем как измерять плотность, нам нужно проверить уровень жидкости в секциях АКБ. Сначала открутим крышки каждой банки аккумулятора (предварительно нужно протереть верхнюю крышку корпуса батареи, что бы внутрь секций не попала грязь). Далее нам понадобится прозрачная трубка что бы измерить уровень электролита. Как это делается описывалось уже не однократно. Напомню, что уровень должен быть на 10-15 мм выше пластин батареи. Если в каких то секциях он ниже, доливаем до уровня

только дистиллированной водой.

Измерение плотности электролита

Производить измерение плотности следует при температурах 20-25°С. Такое показание считается более точным, в замеры при других температурах необходимо вносить поправки. Также диагностика проводится только когда АКБ полностью заряжена.

Итак, когда уровень электролита доведен до нормы и температура аккумулятора близка к комнатной, можно измерять плотность ареометром.

Для измерения плотности используется специальный прибор – ареометр. Ареометр – это такая стеклянная колба, внутри которой есть поплавок со шкалой, а на конце трубки имеется груша для всасывания электролита.

Вставляем наш измерительный прибор в каждую из секций аккумулятора поочередно и измеряем плотность жидкости. Поплавок внутри ареометра будет всплывать и по шкале вдоль линии жидкости мы должны зафиксировать результат. Нормальной считается плотность 1,27 г/см3. Ну конечно в процессе эксплуатации аккумуляторной батареи плотность может немного снижаться, так как происходит некий износ свинцовых пластин АКБ. Но она не должна быть ниже 1,24 г/см3 во всех секциях для старого заряженного аккумулятора.

Также, важнейший момент – это равномерность показаний. При измерении плотности ареометром показатели в каждой отдельной секции не должны отличатся более чем на 0,01 г/см3. Это крайне важно! Если в какой-то из банок аккумулятора показание плотности ниже на 0,02, 0,03 и т.д. от остальных это первый знак, что эта банка «отстает».

Если Вы произвели измерение плотности ареометром и показания, полученные Вами, указывают на проблему: низкая плотность, чрезмерно высокая плотность или неравномерная плотность во всех банках, не рекомендуется самостоятельное устранение такого рода неполадок. Для решения подобных проблем следует обратиться к специалистам в области аккумуляторных батарей. Попытки самостоятельно выровнять или поднять плотность электролита, скорее всего, закончатся плачевно для Вашей батареи.

Проводите плановое измерение плотности электролита ареометром и общую диагностику аккумулятора каждые 3 месяца. При необходимости ремонта сразу обратитесь в сервисный центр. Эти нехитрые советы смогут реально продлить срок службы Вашего аккумулятора и сэкономить Вам деньги.

Также на эту тему:

Плотность электролита в аккумуляторе — как измерить и увеличить + Видео

Аккумулятор является самой важной частью автомобиля. Именно благодаря нему отпала необходимость в раскручивании коленчатого вала двигателя вручную, как это делали раньше. Аккумулятор позволяет осуществить запуск стартера, который раскрутит двигатель сам, прилагая, при этом, минимум усилий – поворачивая ключ в замке зажигания. Кроме того, аккумулятор позволяет использовать свою энергию, чтобы добраться до станции технического обслуживания, когда генератор внезапно вышел из строя.

Одна из самых главных и распространенных проблем любого аккумулятор – это падение плотности электролита, который находится в специальных банках аккумулятора. Эта величина имеет большое влияние на емкость аккумулятора и если она упадет до крайней отметки, то аккумулятор будет очень быстро разряжаться. Кроме того, его дальнейшая подзарядка не будет иметь никакого смысла, после чего, батарею можно смело сдать в утиль.

Падение плотности электролита, в основном, связано с обильным испарением газов из его химического состава. Такое часто происходит, если оставить аккумулятор заряжаться на слишком длительное время. После чего, можно заметить, что аккумулятор стал разряжаться раньше положенного срока.

Чтобы продлить жизнь батареи, многие водители доливают в банки аккумулятора специальную дистиллированную воду, таким образом, повышая уровень электролита. Однако, при испарении воды, выделяется и сам электролит, который, постепенно, теряет свою плотность и оставляет на свое месте только воду. В этом случае, необходимо провести контроль плотности и, если есть такая нужда, восстановить ее.

Прежде чем восстанавливать работоспособность аккумулятора, рекомендуем вам ознакомиться с некоторыми советами.

1. Допустимая температура окружающей среды при определении плотности электролита составляет 20 градусов Цельсия. Однако, допускаются отклонения +2 градуса.

2. При работе с кислотой примите ряд мер безопасности. Среди средств вашей защиты должны быть, как минимум: перчатки и специальные очки.

3.Емкости для разведения и замены электролита должны быть подобраны заранее.

4. Так как вода и кислота имеют абсолютно разную плотность, придерживайтесь распространенного правила среди химиков: лейте кислоту в воду, а не воду в кислоту. Старайтесь никогда не нарушать этого правила, иначе рискуете получить химические ожоги.

5. Запомните еще одно очень важное правило: никогда не переворачивайте батарею. Электролит может стечь вниз, а его остатки попадут на вашу кожу. Кроме того, проведение дальнейших замеров и доливки может стать еще сложнее.

Все эти советы и следующие за ними действия распространяются только на кислотные аккумуляторы. Применение всех этих инструкций на других типах аккумуляторов не гарантирует вам правильной работоспособности батареи в дальнейшем.

Видео — Как проверить плотность электролита в аккумуляторе

Чтобы проводить замеры плотности и доливку недостающего количества электролита, необходимо приобрести следующие инструменты: ареометр, паяльник, дрель, емкость для замеров, груша резиновая, пищевая сода, электролит, дистиллированная вода и специальная кислота для АКБ.

Быстрее всего, вода испаряется летом. В этот период рекомендуется проверять уровень электролита в банках не реже одного раза в месяц. Многие аккумуляторы снабжаются прозрачными корпусами, которые позволяют сделать это визуально. Другие виды аккумуляторов обладают даже специальными индикаторами. После осмотра и выявления недостаточного уровня воды, происходит ее доливка.

Если ваша батарея не оборудована подобными элементами, то на этот случай есть специальная измерительная трубка. Ее вставляют в банку до того момента, когда коснется тонкой сетки. Как только это произойдет, закройте пальцем верхнее отверстие и вытащите трубку.  Самым допустимым уровнем электролита будет считаться диапазон от 10 до 15 миллиметров.

Как увеличить плотность электролита

1. С помощью ареометра замерьте плотность электролита в банках. Нормой значений принято считать 1,27, однако, это число может меняться, в зависимости от региона страны. Разница плотности между банками не должна превышать 0,01. Если результатом измерений стало значение 1,18, то просто долейте в банку электролит с плотностью 1,27.

2. Откачайте из банки как можно больше электролита с помощью резиновой груши. После выкачки, обязательно измерьте объем.

3. Добавьте новый раствор, но с количеством в 2 раза меньшим, чем прежний.

4. Покачайте аккумулятор в разные стороны, чтобы жидкости хорошо перемешались.

5. Замерьте плотность и, в случае необходимости, добавьте еще электролита. Снова потрясите аккумулятор. Данная процедура выполняется до тех пор, пока плотность не поднимется до номинальных значений.

6. После получения плотности 1,27, выполните доливку дистиллированной воды.

Если плотность превысит электролита, вдруг, превысит нормируемые значения на 0,05, то выполнять эту процедуру придется сначала.

Это все, что нужно знать о плотности электролита в аккумуляторе. Стоит еще раз напомнить, что при работе с кислотами следует соблюдать особую осторожность, так как они могут стать причиной химических ожогов, лечить которые достаточно трудно. Удачи  на дорогах!

Плотность электролита в аккумуляторе: 2 простых способа проверки

Содержание статьи

Неисправности батареи

Большинству водителей знаком надрывный вой стартера или щёлканье, а то и вовсе тишина под капотом машины во время запуска двигателя. Этот неприятный момент связан со следующими неисправностями.

  1. Неисправность электропроводки автомобиля. Возможно, где-то пропал контакт, чаще всего это объясняется частичным отсутствием «массы».
  2. Неисправность втягивающего реле стартера.
  3. Предельный износ втулок стартера.
  4. Неисправность обмоток стартера.
  5. Низкое напряжение в цепи из-за разряженного аккумулятора.

Последняя причина, как правило, наиболее вероятная. Самым логичным ходом станет проверка плотности электролита в аккумуляторе. От чего она зависит?

  1. От климатической зоны.
  2. От времени года.

Для того чтобы правильно проверить плотность электролита в аккумуляторе, нужно знать её значение и иметь прибор, который называется ареометр.

Узнать правильную плотность просто — существуют специальные нормы. Средний их показатель составляет 1,24 — 1,29 кг/дм 3. Более точно:

  • холодные регионы — 1,27 — 1, 29 г/дм 3, летом и зимой;
  • средняя полоса — 1,25 — 1, 27 г/ дм 3;
  • тёплые районы — 1,23 — 1, 25 г/ дм 3.

Следует не реже одного раза в три месяца производить проверку плотности аккумулятора. Даже небольшое отклонение от нормы требует немедленного дозаряда батареи.

За показателями нужно внимательно следить — для того, чтобы АКБ проработала как можно дольше и не подводила владельца в самый ответственный момент. Особенно она «не прощает» халатного к себе отношения в зимний период. Дело в том, что на морозе теряется её ёмкость, и порой даже один неудачный пуск двигателя ведёт к разрядке АКБ.

Имея простейший прибор, проверить плотность аккумулятора в домашних условиях не представляет особого труда.

Плотность — плотностью, но и за уровнем электролита надо следить не с меньшим вниманием, особенно летом, когда аккумулятор выкипает более интенсивно.

Очень много мнений относительно уровня электролита в батарее:

  1. Одни считают, что достаточно покрыть сетки сепараторов этой жидкостью.
  2. Другие полагают, что чем больше уровень электролита, тем лучше.
  3. Третьи вообще не заглядывают под пробки аккумулятора — до того самого момента, когда перестаёт крутить стартер, что частенько вызывает у таких горе-владельцев неподдельное удивление.

Есть аккумуляторы, у которых имеется метка на корпусе, указывающая уровень электролита. Пользоваться ею не очень удобно, да и на точные показатели надеяться не приходится. Здесь поможет проверенный «дедовский» метод: стеклянная трубка с наружным диаметром 5 − 6 мм. На её корпус в нижней части следует нанести риски, указывающие правильный уровень электролита (согласно паспортным данным батареи). Трубка опускается в каждую банку поочерёдно, до упора в сетку сепаратора. Далее пальцем затыкается верхняя сторона трубки, и приспособление вынимается из банки, не отпуская пальца. Жидкость останется в трубке, и будет виден точный её уровень.

Если уровень низкий, следует понемногу наливать дистиллированную воду в банку, производя после каждой доливки контрольный замер. Если уровень слишком высок, что тоже не является правильным показателем, то с помощью ареометра лишняя жидкость откачивается. Этот способ является самым надёжным.

Необходимость зарядного устройства

Этот очень нужный прибор для содержания батареи в исправности, его необходимо иметь каждому автовладельцу. С помощью этого прибора можно всегда дозарядить АКБ, не прибегая к услугам СТО или местных «умельцев».

Имея правильный прибор с амперметром, водитель прекрасно сделает это сам. Порядок действий зарядки батареи таков.

  1. Нужно подключить зарядное устройство к батарее.
  2. Включить устройство.
  3. Установить зарядный ток. Его величина должна соответствовать десяти процентам от ёмкости АКБ. Например: если ёмкость батареи составляет 60 а/ч, то ток должен быть 6 ампер, 63 — то 6, 3 а/ч.

Время зарядки напрямую зависит от степени разряда, который определяется проверкой плотности аккумулятора ареометром. На шкале обозначен процент разрядки. К примеру, батарея разряжена на 50% и имеет паспортную ёмкость 50 а/ч. Из этого следует, что надо дозарядить недостающие 25 а/ч. Если заряжать батарею током в два ампера, то на это понадобится двенадцать с половиной часов, а если показатель тока четыре ампера — шесть часов 15 мин. и т. д.

Принцип прост и понятен, если бы не одно «но»: каждая АКБ имеет свой неповторимый «норов», особенно когда она уже далеко не новая. Она берёт зарядку по-разному: быстрее или медленнее.

Доливка жидкости

Многие «светлые головы» горячо советуют в случае сильной разрядки батареи доливать в неё серную кислоту, что является недопустимым. Кислота не сразу смешается с оставшейся жидкостью, и для этого надо заряжать АКБ. Тем временем агрессивная жидкость будет интенсивно разъедать пластины, «съедая» заодно и активную массу — порошок, нанесённый на них.

Если же долить электролит, то последствия не будут такими плачевными, но такая жидкость также плохо повлияет на состояние аккумулятора.

Доливать рекомендуется только воду. Исключения представляют те случаи, когда нужно менять весь электролит, поскольку имеющийся в батарее уже не подлежит зарядке из-за крайне низкой плотности.

Если плотность чересчур велика, нужно откачать ареометром жидкость, а потом долить дистиллированную воду. Далее производить зарядку малым током, не забывая о периодическом контроле плотности электролита.

Если электролит подлежит замене, нужно приготовить новый. Для правильного приготовления в стеклянную или кислотостойкую пластиковую ёмкость вначале наливается дистиллированная вода, а потом, тонкой струёй, кислота.

Добавляя кислоту малыми порциями, нужно часто проверять плотность электролита, доведя её до нужной величины, в зависимости от региона проживания и сезона.

Техника безопасности

Во время работы с кислотой или проверки плотности аккумулятора нужно соблюдать осторожность.

  1. Работать только в спецодежде, которую не жалко выбросить. Даже электролит, не говоря уже о концентрированной кислоте, легко приводит любую одежду и обувь в плачевное состояние.
  2. Работать нужно в резиновых перчатках, чтобы предотвратить возможные химические ожоги. Даже измерять плотность аккумулятора не стоит без них.
  3. Защитные очки тоже не помешают, особенно при приготовлении электролита, когда опасность попадания этой агрессивной жидкости в глаза особенно велика. Некоторые люди по неопытности льют воду в кислоту, а не наоборот, как это положено, и в результате может произойти её всплеск.
  4. Перед зарядкой АКБ следует правильно подключить её к устройству, не путая полярность.
  5. Не стоит забывать и об эффективной вентиляции. Если нет принудительной вытяжки, то вполне подойдёт хорошо проветриваемое помещение.

Во время подобных работ курить запрещается. Важно помнить о том, что кислота состоит из водорода, который взрывоопасен, и это особенно вероятно тогда, когда проводится обслуживание большого числа АКБ.

Заряжая батарею, нужно обязательно проверить чистоту вентиляционных отверстий в пробках всех банок, а ещё лучше — вывернуть их полностью.

Батарею нужно беречь от ударов.

Нельзя переворачивать АКБ вверх дном, особенно если батарея уже «в возрасте». Осыпавшаяся активная масса, доселе мирно покоившаяся на дне корпуса, замкнёт пластины. Прикрепляя аккумулятор к его штатному месту, следует помнить о том, что он не любит коротких замыканий, которые возникают вследствие неосторожной работы с ним.

Вывод

Проверка плотности электролита в аккумуляторе — залог долгой и надёжной эксплуатации батареи. Проводя регулярные измерения, водитель заботится не только о надёжности своего автомобиля, но и состоянии своего кошелька.

Пожалуйста, оцените этот материал!

Загрузка…

Если Вам понравилась статья, поделитесь ею с друзьями!

Проверка, корректировка плотности электролита в аккумуляторе, ЭДС

По плотности электролита судят о степени заряженности автомобильного аккумулятора. Чем ниже плотность электролита, тем более аккумулятор разряжен. Уменьшение плотности электролита на 0,01 г/см3 по сравнению с первоначальной означает, что аккумулятор разрядился примерно на 6%. 

Проверка и корректировка плотности электролита в аккумуляторе, проверка ЭДС и напряжения автомобильного аккумулятора.

Информацию о плотности электролита, а значит и о степени заряженности аккумуляторной батареи, можно получить при проверке плотности электролита ареометром или плотномером. Трубку ареометра опустите в аккумулятор и грушей наберите в нее электролит до тех пор, пока поплавок не всплывет. Деление, до которого погрузился поплавок, покажет плотность электролита.

Старайтесь держать ареометр так, чтобы уровень электролита в нем совпадал с уровнем глаз. Желательно перед измерением плотности 2-3 раза набрать в ареометр электролит для смачивания стенок, чтобы избежать прилипания к ним поплавка. Если же прилипание случится, постучите легонько пальцем по колбе.

В последние годы автолюбители все чаще предпочитают измерять плотность не ареометром, а плотномером. Он удобнее потому, что в нем нет стеклянных деталей — корпус с трубкой и семь поплавков выполнены из пластмассы. Кроме этого, плотномером проще чем ареометром измерять плотность электролита. Поплавки плотнометра имеют различные массы, поэтому всплывают при различной плотности электролита.

Цифры, нанесенные на корпусе плотномера против каждого поплавка, указывают наименьшую плотность, при которой поплавок всплывает. Плотность электролита определяется по всплывшему поплавку с наибольшей цифрой. Если уровень электролита мал, то сначала долейте в аккумулятор дистиллированной воды и только через полтора-два часа, когда вода перемешается с электролитом, приступайте к измерению плотности.

Не забудьте, что плотность электролита в большой степени зависит от его температуры, поэтому результаты измерений нужно всегда приводить к температуре плюс 25 градусов. Делается это так. Если температура электролита выше плюс 25 градусов, то к показаниям ареометра или плотномера добавляется поправка 0,007 г/см3 на каждый градус. Эта же поправка вычитается из показаний ареометра, если температура электролита ниже плюс 25 градусов.

Еще одно важное замечание. Плотность электролита полностью заряженной аккумуляторной батареи зависит от климатических условий работы автомобиля. Для проверки по плотности электролита степени заряженности батареи воспользуйтесь таблицей ниже.

Плотность электролита в автомобильном аккумуляторе при различной степени разряженности.

Аккумуляторную батарею, разряженную летом более, чем на 50%, а зимой более, чем на 25%, нужно снять с автомобиля и зарядить. Если плотность электролита у различных банок аккумулятора отличается более, чем на 0,02 г/см3 или же слишком низкая, то подзарядите автомобильный аккумулятор током 1-2 А в течение суток, Если и после этого напряжение аккумуляторной батареи будет меньше 12 В, то ее нужно менять.

Таким образом, плотность электролита показывает степень заряженности аккумуляторной батареи. О том, есть ли в аккумуляторе неисправности подскажут величины ЭДС и напряжения.

Проверка ЭДС и напряжения автомобильного аккумулятора.

Измерить ЭДС и напряжение автомобильного аккумулятора можно с помощью аккумуляторного пробника Э108 или нагрузочной вилки ЛЭ-2. В корпусе пробника (вилки) размещены два параллельно соединенных резистора. Контактной гайкой резисторы могут подключаться между ножками, которые соединены с кронштейном, где закреплены вольтметр и по одному концу резисторов.

Для измерения ЭДС отверните контактную гайку, при этом резисторы отключаются от ножек, и подключите ножки к выводам аккумулятора. Чтобы измерить напряжение, нужно затянуть контактную гайку, нагрузочные резисторы включаются между ножками, и снова соединить пробник с выводами аккумулятора.

Аккумуляторная батарея исправна, если измеренная ЭДС каждой банки не менее рассчитанной по плотности электролита, а напряжение в конце пятой секунды не упадет ниже 1,7 В. Если это не так — аккумуляторная батарея требует заряда или ремонта. Для определения расчетной ЭДС аккумулятора, сложите плотность электролитов каждой банки и к полученной сумме прибавьте 5,04.

Рекомендации по эксплуатации автомобильного аккумулятора.

Срок службы автомобильного аккумулятора зависит не только от его состояния, но и от правильного использования. Старайтесь не допускать длительного разряда батареи большим током — в таких случаях пластины аккумулятора могут быстро покоробиться, активная масса из них выпадает, и аккумулятор выйдет из строя, Поэтому при пуске двигателя стартер включайте лишь на короткое время.

Если двигатель с первой попытки не запустился, сделайте перерыв на полминуты. Если двигатель не запустится после двух-трех попыток, сделайте более длительный перерыв перед новой попыткой. Этим вы дадите аккумуляторной батарее возможность восстановить плотность электролита в порах пластин, а значит и способность отдавать больше энергии.

Зимой после длительной стоянки автомобиля, аккумуляторная батарея работает хуже из-за увеличения вязкости электролита. Поэтому в холодное время перед пуском желательно на 5 минут включить габаритные фонари, чтобы немного «прогреть» аккумулятор.

Похожие статьи:

  • Руководство по эксплуатации на УАЗ Хантер УАЗ-315195 и его модификации, РЭ 05808600.133-2012.
  • Недозаряд или перезаряд автомобильного аккумулятора, влияние регулятора напряжения, генератора, стартера, проводов и предохранителей.
  • Разрядная вольт-амперная характеристика автомобильного аккумулятора, оценка технического состояния стартерного автомобильного аккумулятора.
  • Выколотка и рихтовка кузова автомобиля, применяемый инструмент, подготовительные работы, особенности процесса, техника выколотки и рихтовки кузова.
  • Нанесение противокоррозионной защиты на кузов автомобиля, виды и характер коррозии, периодичность, применяемые противокоррозионные составы для обработки кузова автомобиля.
  • Поиск неисправностей с помощью осциллоскопа, преимущества и возможности осциллоскопа, расшифровка осциллограммы полученной с помощью осциллоскопа.

Чем измерить электролит в аккумуляторе – АвтоТоп

Измерение плотности электролита в сочетании с измерением напряжения под нагрузкой и без позволяет быстро установить причину неисправности в аккумуляторной батарее. При низкой плотности — это может быть дефект в какой-либо ячейке, глубокий разряд или обрыв цепи внутри АКБ. Плотность измеряется специальным прибором — ареометром (денсиметром).

В качестве электролита в аккумуляторных батареях применяют раствор серной кислоты, плотность которого измеряется в г/см3. В основном плотность зависит от концентрации раствора серной кислоты — чем больше концентрация раствора, тем больше плотность. Однако, она также зависит и от температуры раствора и от степени заряженности аккумулятора — при разрядке часть серной кислоты «уходит» в пластины, плотность снижается.

Поэтому измерение плотности принято проводить при 25 °С и полностью заряженном аккумуляторе. Плотность электролита в новой полностью заряженной батарее должна составлять 1.28±0.01 г/см3 для Средней полосы. Но может варьироваться в зависимости от климатической зоны.

Линейно снижаясь, по мере разряда АКБ, она составляет 1.20±0.01 г/см3 у батарей, степень заряженности которых снизилась до 50%. У полностью разряженной батареи плотность электролита составляет 1.10±0.01 г/см3.

Если значение плотности во всех банках аккумулятора одинаково (±0.01 г/см3), это говорит о степени заряженности батареи и отсутствии внутренних замыканий. При наличии внутреннего короткого замыкания плотность электролита в дефектной ячейке будет значительно ниже (на 0.10-0.15 г/см3), чем в остальных.
Низкая плотность в одной из ячеек указывает на наличие дефекта в ней (короткое замыкание между пластинами в блоке). Одинаково низкая плотность во всех ячейках связана с глубоким разрядом всей батареи, ее сульфатацией или устареванием.
Все заливаемые аккумуляторные батареи во время заряда и работы теряют часть воды. При этом снижается уровень жидкости над пластинами и увеличивается концентрация кислоты в электролите. Работа аккумулятора с низким уровнем электролита отрицательно влияет на ресурс батареи. Поэтому перед проверкой плотности электролита необходимо проверить его уровень в банках аккумулятора. Принято считать нормальным уровень электролита на 10-15 мм выше верхней кромки пластин (сепараторов).

Существует три основных вида аккумуляторных батарей:

Малосурьмянистые (Sb/Sb) — это обычная «классическая» свинцовая батарея с добавками в пластины сурьмы, они подвержены наибольшему саморазряду и выкипанию воды из раствора электролита, но не боятся глубоких разрядов, их легко зарядить даже при низкой плотности электролита.
Кальциевые (Ca/Ca) — пластины легированы кальцием, они практически не требуют слежения за уровнем и плотностью электролита, виброустойчивы, застрахованы от длительного перезаряда до 14.8 В, терпят перепады напряжения в бортовой сети, обладают коррозионной стойкостью, имеют низкий саморазряд, больший срок службы. Однако, имеют один недостаток — они неустойчивы к глубоким разрядам. Дело в том, что при длительной глубокой разрядке их положительные пластины покрываются сульфатом кальция, блокирующим электрохимические реакции. Этот процесс, в отличие от образования сульфата свинца в малосурьмянистых батареях, необратим. Если разрядить кальциевую батарею ниже 11.5 В, то она уже не восстановит изначальную емкость, при разряде ниже 10.8 В потеряет до 50% своей емкости. Два-три таких разряда – и аккумулятор придется выбрасывать. Также, в связи с тем, что пластины в таких батареях упакованы в плотные пакеты, плотность электролита неравномерна — более тяжелая серная кислота скапливается внизу банок, а поверх пластин оказывается более «легкий» электролит. Из-за этого ареометр будет показывать неадекватно низкую плотность при нормальной заряженности.
Такие батареи хорошо подходят тем, кто ездит много на большие расстояния, кому нужны виброустойчивые аккумуляторы, хорошо переносящие постоянные перезаряды в пути.
Гибридные (Sb/Ca) — являются золотой серединой. Они довольно стойки к глубоким разрядам, при этом значительно меньше подвержены выкипанию и саморазряду по сравнению с малосурьмянистыми.

На примере кальциевой батареи емкостью 60 А·ч, попробуем выяснить плотность электролита и ее исправность. Для начала, проверим напряжение на клеммах аккумулятора мультиметром, чтобы выяснить степень ее заряженности. Такая проверка проводится через 6-8 часов после выключения двигателя или отключения зарядного устройства. В нашем случае машина простояла около 4-х дней под сигнализацией — напряжение составляет 12 В, что говорит нам о том, что батарея почти полностью разряжена.

Теперь проверим выборочно плотность электролита в двух банках — она составляет 1.23 г/см3 при температуре окружающего воздуха 0°С, поэтому внесем поправку в показания ареометра, приведя их к 25°С: 1.23-0.02=1.21 г/см3 — это также говорит нам о том, что аккумулятор требует срочной подзарядки.

Снимаем аккумулятор и переносим в теплое помещение для подзарядки.

Для кальциевых батарей губительны старые «дедовские» методы зарядки, используемые для малосурмянистых АКБ с контрольно-тренировочным циклом заряда/разряда и «кипячением», а также малоэффективны некоторые автоматические зарядные устройства.
В наши дни в большинстве таких устройств используется комбинированный метод зарядки, когда в процессе зарядки сила тока снижается со временем, а напряжение, наоборот, повышается. Это объясняется тем, что ЭДС аккумуляторной батареи направлена именно на напряжение, соответственно при его повышении нужно повышать и напряжение. А вот сила тока уменьшается из-за все увеличивающегося сопротивления батареи.
Для современных батарей рекомендуется установочный заряд током в 10% от номинальной ёмкости напряжением 14.4 В и продолжительность зарядки не менее суток. Однако, допустимо кратковременное повышение напряжения до 16.5 В в конце цикла зарядки.
Батарея считается полностью заряженной, когда ток и напряжение при заряде сохраняются без изменения в течение 1-2 часов. Ток должен упасть практически до нуля, а входящее напряжение может повысится до 16,5 В, в зависимости от устройства.
Если вы часто заводите двигатель, двигаетесь на небольшие расстояния, и автомобиль долго простаивает без движения, то для такой батареи необходима ежемесячная плановая зарядка аккумулятора специализированным зарядным устройством, подходящим именно для кальциевых батарей.

После того, как электролит прогрелся до 20-25°С еще раз замерим напряжение и плотность. Теперь мультиметр показывает напряжение 12.45 В, а плотность в банках от 1.22 до 1.24 г/см3, что все равно указывает на недозаряд батареи.

Анализ электролита из аккумулятора и замер его плотности помогает владельцу автомобиля судить о его химическом состоаянии. Плотность кислотосодержащей жидкости внутри банок АКБ зависит от очень многих факторов, поэтому важно уметь правильно определять значение этого параметра в зависимости от условий эксплуатации автомобиля.

Что такое плотность электролита

Плотностью любого физического тела или жидкости считается, как отношение массы вещества к занимаемому объёму. Этот параметр для жидкости, заливаемый в банки свинцового аккумулятора, выражается в граммах на кубический сантиметр.

Определить плотность вещества визуально не представляется возможным поэтому для измерения этого параметра используют специальное устройство.

Чем можно померить плотность электролита

Замерить концентрацию электролита можно с помощью медицинского шприца объёмом 10 см3 и точных цифровых весов. Работа выполняется следующим образом:

  1. Пустой шприц без иглы кладётся на весы и показания измерительного прибора записываются в блокнот.
  2. На шприц одевается тонкая резиновая трубка, которая опускается в одну из банок аккумулятора.
  3. В шприц набирается ровно 10 мл кислотосодержащей жидкости.
  4. Шприц, без резиновой трубки, кладётся на весы и результат измерения снова записывается.
  5. Производятся несложные арифметические вычисления:
  6. Из массы шприца с электролитом вычитается масса пустого медицинского изделия.
  7. Получившееся значение делится на 10.

В результате получится точное значение плотности в одной банке. Таким образом нужно измерить этот показатель во всех банках.

Каждый раз осуществлять измерение таким образом невыгодно ни по затраченному времени, ни по удобству выполнения процедуры. Намного удобнее и проще произвести измерение плотности кислотосодержащей жидкости аккумулятора с помощью ареометра.

Он состоит из специальной колбы с находящимся внутри поплавком. Внутренняя деталь поплавка имеет свинцовую огрузку поэтому при закачивании в ёмкость жидкости, эта деталь устанавливается строго в вертикальном положении. На поверхности поплавка имеется градуированная шкала, по которой можно узнать точное значение плотности электролита аккумулятора.

Почему может повыситься или понизиться плотность электролита

Изменение концентрации электролита может произойти по следующим причинам:

  1. При изменении уровня заряженности батареи (прямая корреляция).
  2. При негерметичном корпусе аккумулятора. Если в нем есть трещины или пробки плохо прикручены, то будет уходить жидкость и при доливке дистиллированной воды плотность будет снижаться.
  3. Добавление электролита вместо дистиллированной воды, при испарении жидкости в летнее время (увеличение плотности).
  4. Неправильно приготовленный электролит. Наиболее часто такая ситуация может возникнуть при самостоятельном добавлении кислоты в воду.
  5. Интенсивное испарение воды из банок в летний период.

Как правило, установить причину изменения концентрации электролита в домашних условиях не составляет большого труда, но чтобы правильно определить величину такого отклонения, необходимо знать, какое значение является эталонным.

Какая плотность электролита в аккумуляторе должна быть

Технические требования по плотности электролита могут существенно отличаться для кислотных аккумуляторов, эксплуатируемых в различных климатических условиях.

Какая должна быть плотность электролита зимой

Необходимость в поддержании концентрации серной кислоты в электролите на более высоком уровне обусловлено опасностью замерзания жидкости при низких температурах воздуха. Полностью заряженный аккумулятор должен обладать плотностью смеси 1,27 – 1,28 г/см3. Тогда он легко переносит морозы до минус 70 градусов.

При падении плотности до 1,20 г/см3 жидкость гарантированно превратиться в лёд уже при температуре минус 30 градусов. В результате кристаллизации, жидкость значительно увеличивается в объёме, поэтому при эксплуатации машины в зимний период необходимо тщательно следить за тем, чтобы аккумулятор был полностью заряжен. Невыполнение этого требования приведёт к разрушению внутренних пластин устройства, что станет причиной полной неработоспособности аккумуляторной батареи.

Плотность
электролита (г/см3)
Степень
заряженности (%)
Замерзание
электролита (С)
1,27100-60
1,2694-55
1,2587,5-50
1,2481-46
1,2375-42
1,2269-37
1,2162,5-32
1,256-27
1,1950-24
1,1844-18
1,1737,5-16
1,1631-14
1,1525-13
1,1419-11
1,1312,56-9
1,126-8
1,110,0-7

Какая должна быть плотность электролита летом

Летом исключается вероятность образования льда внутри банок аккумулятора, но в обслуживаемых аккумуляторных батареях плотность может произвольно повышаться за счёт испарения воды.

Эксплуатация АКБ с повышенной концентрацией электролита приводит к существенному снижению эксплуатационного срока батареи, вследствие более агрессивного воздействия кислотосодержащей жидкости на сепараторы. Чтобы избежать подобных негативных последствий, в обслуживаемых моделях, следует производить регулярный контроль уровня электролита в летний период и при необходимости разбавлять смесь дистиллированной водой.

Как проверить плотность аккумулятора

Если плотность электролита необходимо замерять регулярно, то без ареометра не обойтись. Осуществляется процедура замера следующим образом:

  1. Выкручиваются пробки аккумуляторной батареи.
  2. Узкая часть вводится в банку.
  3. Груша, находящаяся в верхней части прибора, сжимается. Затем необходимо отпустить резиновую верхнюю часть, чтобы образовавшееся отрицательное давление способствовало наполнению резервуара измерительного прибора кислотосодержащей жидкостью.

Определяется концентрация электролита по его уровню на градуированной шкале поплавка. Таким несложным методом производится измерение в каждой банке аккумуляторной батареи.

Как измерить плотность в необслуживаемом аккумуляторе

Необслуживаемые аккумуляторы не имеют в своей конструкции закрываемых технологических отверстий. Это означает, что производителем не была предусмотрена возможность самостоятельного измерения плотности электролита в течение всего срока службы АКБ.

Для умельцев такая особенность конструкции необслуживаемого аккумулятора не является непреодолимой преградой на пути улучшения состояния устройства, в работе которого наблюдаются значительные отклонения от нормы. Они превращают необслуживаемую модель аккумулятора в обслуживаемую при помощи дрели, которым в середине каждой банки делаются отверстия значительные отверстия.

В отверстиях метчиком нарезается резьба, а для изготовления пробки используется пластиковый прут подходящего диметра, на котором с помощью плашки делается определённого диаметра и шага резьба. Получившуюся пластиковую шпильку разрезают на 6 отрезков длинной по 3 – 4 см. Самодельные пробки вкручиваются в сделанные ранее отверстия и далее батарея эксплуатируется как обслуживаемая.

Есть другой популярные метод. Скраю, в крышке просвердивают 6 маленьких отверстий, через которые можно будет получить полноценный доступ к жидкости в каждой банке аккумулятора.

Замерив электролит таким образом, герметичность элемента питания можно восстановить при помощи силиконового герметика. Чтобы при проведении герметизации вещество не попало внутрь аккумулятора, рекомендуется с помощью самодельного проволочного крючка попытаться выпрямить часть пластмассы, которая была продавлена в процессе изготовления отверстия.

При механическом повреждении корпуса аккумулятор слетает с гарантией, и в случае допущения ошибки она может выйти из строя. Мусор провалившийся в банки также может снизить продолжительность жизни батареи.

Как поднять плотность в аккумуляторе

Падает плотность электролита, обычно, при добавлении дистиллированной воды в аккумуляторную батарею, имеющую негерметичный корпус. В этом случае обычно наблюдается разная концентрация в банках. Если плотность в аккумуляторе невозможно выровнять во всех банках до приемлемого значения зарядным устройством, то производят замещения части кислотосодержащей жидкости свежим заводским электролитом. Корректировка плотности электролита выполняется в такой последовательности:

  1. Из проблемной банки с помощью груши удаляется максимально возможное количество электролита.
  2. В банку заливается свежая кислотосодержащая смесь.

Если в результате подобных действий в банках не происходит достаточного увеличения плотности, то процедуру следует повторить.

Как понизить плотность АКБ

Работа аккумулятора с повышенной плотностью электролита может негативно отразиться на его работоспособности, поэтому при наличии в банке электролита, концентрация которого выше 1,28 проводят процедуру позволяющую снизить концентрацию серной кислоты.

Процесс понижения плотности производится таким же образом, как и при выполнении процедуры повышения концентрации раствора, но вместо электролита в аккумулятор добавляется дистиллированная вода. То есть, вначале из проблемной банки удаляется часть электролита, а затем объём восполняется химически чистой водой.

Проверить плотность аккумулятора можно с помощью ареометра или мультиметра, проанализировав рабочее значение напряжения. Перед диагностикой пользователь должен удостовериться в отсутствии дефектов корпуса батареи, которые могли бы привести к утечке жидкости.

Подготовительные работы перед проверкой уровня и плотности

Видео: как снять аккумулятор с автомобиля

Чем и как проверяют плотность электролита в аккумуляторе

Как проверить аккумулятор автомобиля мультиметром

Измерение плотности электролита самодельным прибором

Как измерить уровень электролита в аккумуляторе

Можно ли проверить уровень и плотность электролита в необслуживаемом аккумуляторе

Видео: как поднять плотность электролита в банках АКБ

Комментарии и Отзывы

Подготовительные работы перед проверкой уровня и плотности

Перед тем как в домашних условиях определять плотность с помощью специального прибора, нужно иметь в виду, что:

  1. Аккумулятор (АКБ) авто проверяется с использованием очков для защиты глаз и резиновых перчаток. Раствор электролита — агрессивная кислота, которая вызывает ожоги при попадании на тело.
  2. Уровень плотности аккумуляторной батареи машины должен измеряться после визуальной проверки устройства.
  3. Производится очистка клемм аккумулятора от окислений и загрязнений. Необходимо воспользоваться специальной железной щеткой или мелкозернистой наждачной бумагой.
  4. Прежде чем померить значение плотности жидкости в автомобильной батарее, надо убедиться в наличии электролита в банках. Если объем вещества снижен, потребуется добавить в устройство дистиллированную воду.
  5. При необходимости осуществляется демонтаж аккумулятора. От устройства отключаются клеммы и производится демонтаж фиксирующей пластины.
  6. Перед отключением аккумулятора в автомобиле деактивируется система зажигания, предварительно отключается работа электрооборудования и приборов.
  7. Батарею протирают влажной и чистой тряпкой, чтобы не допустить попадания пыли в банки с электролитом.

Видео: как снять аккумулятор с автомобиля

Канал «Аккумуляторщик» в своем видеоролике подробно рассказал о нюансах демонтажа аккумуляторной батареи с автомобиля и отключения этого устройства.

Чем и как проверяют плотность электролита в аккумуляторе

Проверять уровень электролита в рабочем растворе, помимо ареометра и мультиметра, можно и самодельным прибором.

Специальное устройство для измерения плотности (ареометр) представляет собой обычную стеклянную трубку, верхняя часть которой заужена и имеет шкалу с делениями. Нижняя часть трубки широкая в ней находится дробь или ртуть, которую засыпают строго определенное количество во время калибровки ареометра. В автомагазинах такой прибор продается в наборе с резиновой «грушей» для забора электролита и мерной колбой, в которой размещен сам ареометр.

Принцип действия прибора основан на законе Архимеда, а плотность электролита определяют по глубине погружения ареометра (объему жидкости, вытесненной им), и весу устройства.

Ареометр для измерения электролита

Прежде чем проверять уровень электролита в автомобильном аккумуляторе, надо учитывать следующие правила:

  • батарея должна быть выставлена на ровной поверхности;
  • температура аккумулятора должна составить около 20-25 градусов тепла;
  • замер уровня плотности производится не в одной, а во всех банках;
  • проверка рабочей величины осуществляется не раньше, чем через десять часов с последней поездки либо через три часа после подзарядки;
  • аккумуляторную батарею необходимо предварительно зарядить.

Измерение ареометром

Подробнее о том, как для измерения уровня плотности пользоваться ареометром:

  1. На отключенном аккумуляторе откручиваются все банки.
  2. В одну из банок концом вставляется ареометр, на другом его конце располагается груша, с ее помощью делается забор жидкости. Её в устройстве должно быть столько, чтобы его поплавок свободно болтался в емкости.
  3. Производится определение уровня плотности в соответствии с показаниями на шкале тестера. Полученные параметры записываются.
  4. Диагностика параметра плотности повторяется для каждой банки. Все полученные параметры сопоставляются с нормированными значениями, указанными в таблице.

Плотность аккумулятора рекомендуется проверять не реже, чем каждые 15-20 тысяч километров пробега.

Фотогалерея: диагностика уровня и плотности электролита в банках
Таблица: поправка к показаниям ареометра
Температура рабочей жидкости при измерении ее плотности, ºСПоправка к показаниям, полученным в ходе тестирования ареометром, г/см3
От -55 до -41-0,05
От -40 до -26-0,04
От -25 до -11-0,03
От -10 до +4-0,02
От +5 до +19-0,01
От +20 до +300,00
От +31 до +45+0,01
От +46 до +60+0,02

Как проверить аккумулятор автомобиля мультиметром

Пошаговая инструкция, которая позволит правильно замерить и узнать плотность батареи, выглядит так:

  1. Производится сборка измерителя. Для этого к корпусу мультиметра подключаются провода с крокодилами. Сам тестер перед замером переводится в режим «вольтметра».
  2. Поворотный переключатель на устройстве переводится в положение 20 В. В результате тестер будет показывать любые параметры ниже этого порога.
  3. Затем кабеля соединяются с клеммными выходами аккумулятора — черный контакт идет на отрицательную клемму, красная — на положительную. Если цвет проводов одинаковый, то следует проверить маркировку непосредственно на корпусе мультиметра. На контактах, где кабеля выходят из тестера, должны быть знаки «-» и «+».
  4. Производится мониторинг параметра напряжения и полученные данные сравниваются с нормированными. Если батарея заряжена полностью, то рабочий параметр составит 12,7 вольт, соответственно, зарядка устройства не потребуется. В случае, если полученный параметр составил в диапазоне от 12,1 до 12,4 В, то устройство разряжено наполовину, значит, его плотность не соответствует норме. В остальных случаях требуется детальная диагностика аккумулятора и его подзарядка или замена.
Таблица: плотность электролита при проверке мультиметром
Процент заряженностиПлотность электролита, г/см3Напряжение аккумулятора, В
100%1,2812,7
80%1,24512,5
60%1,2112,3
40%1,17512,1
20%1,1411,9
0%1,1011,7

Измерение плотности электролита самодельным прибором

Принцип замера зимой или летом с помощью самодельного прибора аналогичный, и такой тестер можно соорудить самостоятельно с учетом следующих нюансов:

  1. Основным элементом ареометра является поплавок, с помощью которого производится замер.
  2. В качестве резервуара можно использовать стеклянную пробирку или другую похожую емкость.
  3. В пробирку насыпается пшено или другое сыпучее вещество, также можно использовать кусок свинца или другой грузик.
  4. Затем емкость опускается в воду. В месте, где вода будет по уровень, нужно отметить цифру 1, это связано с тем, что данная жидкость имеет плотность 1 г/см3. Затем производится градуировка величин для других растворов с более высокой плотностью.

Как измерить уровень электролита в аккумуляторе

Замер уровня рабочей жидкости осуществляется так:

  1. Первый способ — по максимальной и минимальной отметке — уровень электролита должен быть между ними.
  2. Для второго варианта проверки пользователю необходимо открыть отверстия, в которых установлены банки и осмотреть все по отдельности. При этом следует учитывать, что объем электролита одинаковый в каждом отверстии (10-15 мм над пластинами).
  3. Чтобы замерить этим способом нужно подготовить стеклянную трубочку, внутренний диаметр которой не превышает 5 мм. Затем открутить крышку на аккумуляторе и опустить трубку внутрь, пока она не упрется в предохранительный щиток. После этого закрыть наружное отверстие пальцем и достать трубочку. Уровень электролита в ней и является замеряемым параметром.

Можно ли проверить уровень и плотность электролита в необслуживаемом аккумуляторе

Проверить уровень и плотность электролита в необслуживаемом аккумуляторе — по специальным индикаторам, которыми оснащены батареи. Такие метки изменяют свой цвет в зависимости от плотности и степени заряда электролита. Чтобы осуществить такую проверку, необходимо найти на корпусе индикатор, очистить от пыли и грязи и оценить его цвет.

Затем следует сравнить показания индикатора со шкалой соответствия, при этом, как правило:

  • зеленый цвет указывает на то, что с аккумулятором все в порядке, уровень электролита и заряд в норме;
  • белый — сообщает о слабом заряде и необходимости подключить зарядное устройство;
  • если же индикатор красного цвета, то это значит, что кислотность электролита повысилась, а уровень воды понизился.

Шкала индикаторов на аккумуляторе

Проверить уровень и плотности рабочего раствора на аккумуляторах без индикатора можно, следуя такому алгоритму:

  1. С краю, на крышке с помощью дрели и отверстия небольшого диаметра просверливается шесть небольших отверстий. Через них пользователь сможет получить доступ к каждой банке, поэтому расстояние между ними должно быть соответствующее. Перед сверлением автовладелец должен протереть аккумулятор.
  2. Визуально производится проверка уровня жидкости и ее добавление при необходимости. Для восполнения объема применяется дистиллированная вода. Используя ареометр, выполняется диагностика плотности рабочего раствора.
  3. После проведения проверок пользователю потребуется восстановить герметичность. Для этого можно использовать силиконовый герметик или холодную сварку. Для того, чтобы при выполнении задачи материал не попал внутрь батареи, следует выпрямить часть пластика, продавленного при изготовлении отверстия. Это можно сделать с помощью самодельного металлического крюка.

Если корпус аккумуляторной батареи поврежден, на устройство больше не будет распространяться гарантия. Если в ходе выполнения пользователь допустит ошибку, то ресурс эксплуатации будет снижен. К примеру, грязь, попавшая в банки, снизит срок службы и разрушит пластины, установленные внутри.

Видео: как поднять плотность электролита в банках АКБ

Канал «Denis МЕХАНИК» в своем видеоролике подробно рассказал о том, как проверить и увеличить плотность электролита в аккумуляторе.

Единица измерения плотности электролита — Вместе мастерим

Измерение плотности электролита в сочетании с измерением напряжения под нагрузкой и без позволяет быстро установить причину неисправности в аккумуляторной батарее. При низкой плотности — это может быть дефект в какой-либо ячейке, глубокий разряд или обрыв цепи внутри АКБ. Плотность измеряется специальным прибором — ареометром (денсиметром).

В качестве электролита в аккумуляторных батареях применяют раствор серной кислоты, плотность которого измеряется в г/см3. В основном плотность зависит от концентрации раствора серной кислоты — чем больше концентрация раствора, тем больше плотность. Однако, она также зависит и от температуры раствора и от степени заряженности аккумулятора — при разрядке часть серной кислоты «уходит» в пластины, плотность снижается.

Поэтому измерение плотности принято проводить при 25 °С и полностью заряженном аккумуляторе. Плотность электролита в новой полностью заряженной батарее должна составлять 1.28±0.01 г/см3 для Средней полосы. Но может варьироваться в зависимости от климатической зоны.

Линейно снижаясь, по мере разряда АКБ, она составляет 1.20±0.01 г/см3 у батарей, степень заряженности которых снизилась до 50%. У полностью разряженной батареи плотность электролита составляет 1.10±0.01 г/см3.

Если значение плотности во всех банках аккумулятора одинаково (±0.01 г/см3), это говорит о степени заряженности батареи и отсутствии внутренних замыканий. При наличии внутреннего короткого замыкания плотность электролита в дефектной ячейке будет значительно ниже (на 0.10-0.15 г/см3), чем в остальных.
Низкая плотность в одной из ячеек указывает на наличие дефекта в ней (короткое замыкание между пластинами в блоке). Одинаково низкая плотность во всех ячейках связана с глубоким разрядом всей батареи, ее сульфатацией или устареванием.
Все заливаемые аккумуляторные батареи во время заряда и работы теряют часть воды. При этом снижается уровень жидкости над пластинами и увеличивается концентрация кислоты в электролите. Работа аккумулятора с низким уровнем электролита отрицательно влияет на ресурс батареи. Поэтому перед проверкой плотности электролита необходимо проверить его уровень в банках аккумулятора. Принято считать нормальным уровень электролита на 10-15 мм выше верхней кромки пластин (сепараторов).

Существует три основных вида аккумуляторных батарей:

Малосурьмянистые (Sb/Sb) — это обычная «классическая» свинцовая батарея с добавками в пластины сурьмы, они подвержены наибольшему саморазряду и выкипанию воды из раствора электролита, но не боятся глубоких разрядов, их легко зарядить даже при низкой плотности электролита.
Кальциевые (Ca/Ca) — пластины легированы кальцием, они практически не требуют слежения за уровнем и плотностью электролита, виброустойчивы, застрахованы от длительного перезаряда до 14.8 В, терпят перепады напряжения в бортовой сети, обладают коррозионной стойкостью, имеют низкий саморазряд, больший срок службы. Однако, имеют один недостаток — они неустойчивы к глубоким разрядам. Дело в том, что при длительной глубокой разрядке их положительные пластины покрываются сульфатом кальция, блокирующим электрохимические реакции. Этот процесс, в отличие от образования сульфата свинца в малосурьмянистых батареях, необратим. Если разрядить кальциевую батарею ниже 11.5 В, то она уже не восстановит изначальную емкость, при разряде ниже 10.8 В потеряет до 50% своей емкости. Два-три таких разряда – и аккумулятор придется выбрасывать. Также, в связи с тем, что пластины в таких батареях упакованы в плотные пакеты, плотность электролита неравномерна — более тяжелая серная кислота скапливается внизу банок, а поверх пластин оказывается более «легкий» электролит. Из-за этого ареометр будет показывать неадекватно низкую плотность при нормальной заряженности.
Такие батареи хорошо подходят тем, кто ездит много на большие расстояния, кому нужны виброустойчивые аккумуляторы, хорошо переносящие постоянные перезаряды в пути.
Гибридные (Sb/Ca) — являются золотой серединой. Они довольно стойки к глубоким разрядам, при этом значительно меньше подвержены выкипанию и саморазряду по сравнению с малосурьмянистыми.

На примере кальциевой батареи емкостью 60 А·ч, попробуем выяснить плотность электролита и ее исправность. Для начала, проверим напряжение на клеммах аккумулятора мультиметром, чтобы выяснить степень ее заряженности. Такая проверка проводится через 6-8 часов после выключения двигателя или отключения зарядного устройства. В нашем случае машина простояла около 4-х дней под сигнализацией — напряжение составляет 12 В, что говорит нам о том, что батарея почти полностью разряжена.

Теперь проверим выборочно плотность электролита в двух банках — она составляет 1.23 г/см3 при температуре окружающего воздуха 0°С, поэтому внесем поправку в показания ареометра, приведя их к 25°С: 1.23-0.02=1.21 г/см3 — это также говорит нам о том, что аккумулятор требует срочной подзарядки.

Снимаем аккумулятор и переносим в теплое помещение для подзарядки.

Для кальциевых батарей губительны старые «дедовские» методы зарядки, используемые для малосурмянистых АКБ с контрольно-тренировочным циклом заряда/разряда и «кипячением», а также малоэффективны некоторые автоматические зарядные устройства.
В наши дни в большинстве таких устройств используется комбинированный метод зарядки, когда в процессе зарядки сила тока снижается со временем, а напряжение, наоборот, повышается. Это объясняется тем, что ЭДС аккумуляторной батареи направлена именно на напряжение, соответственно при его повышении нужно повышать и напряжение. А вот сила тока уменьшается из-за все увеличивающегося сопротивления батареи.
Для современных батарей рекомендуется установочный заряд током в 10% от номинальной ёмкости напряжением 14.4 В и продолжительность зарядки не менее суток. Однако, допустимо кратковременное повышение напряжения до 16.5 В в конце цикла зарядки.
Батарея считается полностью заряженной, когда ток и напряжение при заряде сохраняются без изменения в течение 1-2 часов. Ток должен упасть практически до нуля, а входящее напряжение может повысится до 16,5 В, в зависимости от устройства.
Если вы часто заводите двигатель, двигаетесь на небольшие расстояния, и автомобиль долго простаивает без движения, то для такой батареи необходима ежемесячная плановая зарядка аккумулятора специализированным зарядным устройством, подходящим именно для кальциевых батарей.

После того, как электролит прогрелся до 20-25°С еще раз замерим напряжение и плотность. Теперь мультиметр показывает напряжение 12.45 В, а плотность в банках от 1.22 до 1.24 г/см3, что все равно указывает на недозаряд батареи.

Плотность электролита в аккумуляторе очень важный параметр у всех кислотных АКБ, и каждый автовладелец должен знать: какая плотность должна быть, как её проверить, а самое главное, как правильно поднять плотность аккумулятора (удельный вес кислоты) в каждой из банок со свинцовыми пластинами заполненных раствором h3SO4.

Проверка плотности – это один из пунктов процесса обслуживания аккумуляторной батареи, включающий так же проверку уровня электролита и замер напряжения АКБ. В свинцовых аккумуляторах плотность измеряется в г/см3. Она пропорциональна концентрации раствора, а обратно зависима, относительно температуры жидкости (чем выше температура, тем ниже плотность).

По плотности электролита можно определить состояние батареи. Так что если батарея не держит заряд, то следует проверить состояние её жидкости в каждой его банке.

Плотность электролита влияет на емкость аккумулятора, и срок его службы.

Проверяется денсиметром (ареометр) при температуре +25°С. В случае, если температура отличается от требуемой, в показания вносятся поправки, как показано в таблице.

Итак, немного разобрались, что это такое, и что нужно регулярно делать проверку. А на какие цифры ориентироваться, сколько хорошо, а сколько плохо, какой должна быть плотность электролита аккумулятора?

Какая плотность должна быть в аккумуляторе

Выдерживать оптимальный показатель плотности электролита очень важно для аккумулятора и стоит знать, что необходимые значения зависят от климатической зоны. Поэтому плотность аккумулятора должна быть установлена исходя из совокупности требований и условий эксплуатации. К примеру, при умеренном климате плотность электролита должна находиться на уровне 1,25-1,27 г/см3 ±0,01 г/см3. В холодной зоне, с зимами до -30 градусов на 0,01 г/см3 больше, а в жаркой субтропической — на 0,01 г/см3 меньше. В тех регионах, где зима особо сурова (до -50 °С), дабы аккумулятор не замерз, приходится повышать плотность от 1,27 до 1,29 г/см3.

Много автовладельцев задаются вопросом: «Какой должна быть плотность электролита в аккумуляторе зимой, а какой летом, или же нет разницы, и круглый год показатели нужно держать на одном уровне?» Поэтому, разберемся с вопросом более подробно, а поможет это сделать, таблица плотности электролита в аккумуляторе с разделением на климатические зоны.

Также нужно помнить, что, как правило, аккумуляторная батарея, находясь на автомобиле, заряжена не более чем на 80-90 % её номинальной ёмкости, поэтому плотность электролита будет немного ниже, чем при полном заряде. Так что, требуемое значение, выбирается чуть-чуть повыше, от того, которое указано в таблице плотности, дабы при снижении температуры воздуха до максимального уровня, АКБ гарантированно оставался работоспособным и не замерз в зимний период. Но, касаясь летнего сезона, повышенная плотность может и грозить закипанием.

Таблица плотности электролита в аккумуляторе

Таблица плотности составляется относительно среднемесячной температуры в январе-месяце, так что климатические зоны с холодным воздухом до -30 °C и умеренные с температурой не ниже -15 не требуют понижения или повышения концентрации кислоты. Круглый год (зимой и летом) плотность электролита в аккумуляторе не стоит изменять, а лишь проверять и следить, чтобы она не отклонялась от номинального значения, а вот в очень холодных зонах, где столбик термометра часто на отметке ниже -30 градусов (в плоть до -50), корректировка допускается.

Плотность электролита в аккумуляторе зимой

Плотность электролита в аккумуляторе зимой должна составлять 1,27 (для регионов с зимней температурой ниже -35 не менее 1.28 г/см3). Если будет значение ниже, то это приводит к снижению электродвижущей силы и трудного запуска двигателя в морозы, вплоть до замерзания электролита.

Когда в зимнее время плотность в аккумуляторной батареи понижена, то не стоит сразу бежать за корректирующим раствором дабы её поднять, гораздо лучше позаботится о другом – качественном заряде АКБ при помощи зарядного устройства.

Получасовые поездки от дому к работе и обратно не позволяют электролиту прогрется, и, следовательно, хорошо зарядится, ведь аккумулятор принимает заряд лишь после прогрева. Так что разряженность изо дня в день увеличивается, и в результате падает и плотность.

Для новой и исправной АКБ нормальный интервал изменения плотности электролита (полный разряд – полный заряд) составляет 0,15-0,16 г/см3.

Помните, что эксплуатация разряженного аккумулятора при минусовой температуре приводит к замерзанию электролита и разрушению свинцовых пластин!

По таблице зависимости температуры замерзания электролита от его плотности, можно узнать минусовой порог столбика термометра, при котором образовывается лед в вашем аккумуляторе.

Как видите, при заряженности на 100% аккумуляторная батарея замерзнет при -70 °С. При 40% заряде замерзает уже при -25 °С. 10% не только не дадут возможности запустить двигатель в морозный день, но и напрочь замерзнет в 10 градусный мороз.

Когда плотность электролита не известна, то степень разряженности батареи проверяют нагрузочной вилкой. Разность напряжения в элементах одной батареи не должна превышать 0,2В.

Показания вольтметра нагрузочной вилки, B

Степень разряженности батареи, %

Если АКБ разрядилась более чем на 50% зимой и более чем на 25% летом, её необходимо подзарядить.

Плотность электролита в аккумуляторе летом

Летом аккумулятор страдает от обезвоживания, поэтому учитывая то, что повышенная плотность плохо влияет на свинцовые пластины, лучше если она будет на 0,02 г/см3 ниже требуемого значения (особенно касается южных регионов).

В летнее время температура под капотом, где зачастую находится аккумулятор, значительно повышена. Такие условия способствуют испарению воды из кислоты и активности протекания электрохимических процессов в АКБ, обеспечивая высокую токоотдачу даже при минимально допустимом значении плотности электролита (1,22 г/см3 для теплой влажной климатической зоны). Так что, когда уровень электролита постепенно падает, то повышается его плотность, что ускоряет процессы коррозионного разрушения электродов. Именно поэтому так важно контролировать уровень жидкости в аккумуляторной батарее и при его понижении добавить дистиллированной воды, а если этого не сделать, то грозит перезаряд и сульфация.

Если аккумулятор разрядился по невнимательности водителя или другим причинам, следует попробовать вернуть ему его рабочее состояние при помощи зарядного устройства. Но перед тем как заряжать АКБ, смотрят на уровень и по надобности доливают дистиллированную воду, которая могла испариться в процессе работы.

Через некоторое время плотность электролита в аккумуляторе, из-за постоянного разбавления его дистиллятом, снижается, и опускается ниже требуемого значения. Тогда эксплуатация батареи становится невозможной, так что возникает необходимость повысить плотность электролита в аккумуляторе. Но для того, чтобы узнать насколько повышать, нужно знать как проверять эту самую плотность.

Как проверить плотность аккумулятора

Дабы обеспечить правильную работу аккумуляторной батареи, плотность электролита следует проверять каждые 15-20 тыс. км пробега. Измерение плотности в аккумуляторе осуществляется при помощи такого прибора как денсиметр. Устройство этого прибора состоит из стеклянной трубки, внутри которой ареометр, а на концах — резиновый наконечник с одной стороны и груша с другой. Чтобы произвести проверку, нужно будет: открыть пробку банки аккумулятора, погрузить его в раствор, и грушей втянуть небольшое количество электролита. Плавающий ареометр со шкалой покажет всю необходимую информацию. Более детально как правильно проверить плотность аккумулятора рассмотрим чуть ниже, поскольку есть еще такой вид АКБ, как необслуживаемые, и в них процедура несколько отличается — вам не понадобится абсолютно никаких приборов.

Индикатор плотности на необслуживаемой АКБ

Плотность необслуживаемого аккумулятора отображается цветовым индикатором в специальном окошке. Зеленый индикатор свидетельствует, что все в норме (степень заряженности в пределах 65 — 100%), если плотность упала и требуется подзарядка, то индикатор будет черный. Когда в окошке отображается белая или красная лампочка, то нужен срочный долив дистиллированной воды. Но, впрочем, точная информация о значении того или иного цвета в окошке, находится на наклейке аккумуляторной батареи.

Теперь продолжаем далее разбираться, как проверять плотность электролита обычного кислотного аккумулятора в домашних условия.

Проверка плотности электролита в аккумуляторе

Итак, чтобы можно было правильно проверить плотность электролита в аккумуляторной батарее, первым делом проверяем уровень и при необходимости его корректируем. Затем заряжаем аккум и только тогда приступаем к проверке, но не сразу, а после пары часов покоя, поскольку сразу после зарядки или долива воды будут недостоверные данные.

Следует помнить, что плотность напрямую зависит от температуры воздуха, поэтому сверяйтесь с таблицей поправок, рассматриваемой выше. Сделав забор жидкости из банки аккумулятора, держите прибор на уровне глаз – ареометр должен находиться в состоянии покоя, плавать в жидкости, не касаясь стенок. Замер производится в каждом отсеке, а все показатели записываются.

Таблица определения заряженности аккумулятора по плотности электролита.

Аккумуляторная батарея – один из основных элементов автомобиля, отвечающих за пуск двигателя. Значение аккумулятора сложно переоценить, ведь без него невозможно завести мотор, а, значит, машина своим ходом передвигаться не сможет. Именно поэтому АКБ требует к себе особого внимания, исключающего возникновение неприятных ситуаций в виде невозможности совершить запланированную поездку. При этом стоит отметить, что для поддержания работоспособности это важного источника питания не требуется предпринимать каких-то сверхусилий, а достаточно выполнять лишь небольшой комплекс профилактических мер.

Свинцовая аккумуляторная батарея представляет собой гальванический элемент, внутри которого химическая энергия в результате протекающих реакций преобразуется в электрическую. Этот процесс невозможен без электролита – раствора кислоты, обеспечивающего движение заряженных частиц между погруженными в него электродами. Как правило, электролит представляет собой водный раствор серной кислоты определенной плотности. Именно такой параметр как плотность электролита оказывает значительное влияние на работоспособность аккумулятора, поэтому периодически его нужно контролировать.

Измерение плотности электролита в аккумуляторе

Измерить плотность залитого в свинцовый аккумулятор электролита не так уж сложно, однако есть определенные нюансы, связанные с особенностями устройства и принципом работы АКБ. Перечислим некоторые важные моменты, которые надо учесть:

  • Осуществить процедуру измерения плотности получится только в случае с так называемым обслуживаемым аккумулятором, который предоставляет доступ к банкам (секциям) с электролитом посредством закрытых крышками заливных отверстий. Как раз через эти отверстия (обычно их число равно шести, как и количество секций) и осуществляется забор состава для замера плотности.
  • В процессе своей работы автомобильная аккумуляторная батарея постоянно заряжается и разряжается. Разряд происходит при прокручивании стартера, а заряд – при уже заведенном двигателе от генератора. В зависимости от степени заряженности меняется и плотность электролита. Значения могут колебаться в пределах 0.15-0.16 г/см 3 . Важно отметить, что автомобильный генератор не способен полностью зарядить аккумуляторную батарею. При штатной работе на машине потенциал АКБ используется только на 80-90%. Полный заряд может обеспечить только внешнее зарядное устройство, к которому обязательно придется прибегнуть перед осуществлением замера плотности электролита.
  • Плотность электролита зависит от его температуры. Обычно замер производится при температуре +25 °С, в противном случае делаются поправки.

Допустим, все вышеперечисленные условия приняты во внимание, и есть возможность приступить непосредственно к замеру плотности. Для этого понадобится специальный прибор – денсиметр, который состоит из ареометра, резиновой груши и стеклянной трубки с наконечником. Прибор вводится в банку аккумулятора через заливное отверстие, а затем осуществляется засасывание электролита с помощью резиновой груши. Оно происходит до тех пор, пока ареометр не всплывет. Показания считываются после того, как прекратятся колебания ареометра и появится возможность определения точного значения. Отсчет показаний производится по шкале, при этом взгляд должен находиться на уровне поверхности жидкости.

Полученное значение должно входить в диапазон 1.25-1.27 г/см 3 , если автомобиль эксплуатируется в средней полосе. В холодной климатической зоне (средняя месячная температура января ниже -15 °С) показатель должен находиться в интервале 1.27-1.29 г/см 3 . Проверять плотность электролита на соответствие этим числам нужно в каждой из шести банок аккумулятора. Показания не должны отличаться более чем на 0.01 г/см 3 , иначе потребуется их корректировка.

Как мы уже говорили, плотность электролита изменяется в зависимости от температуры. Это значит, что зимой и летом жидкость в одном и том же полностью исправном аккумуляторе будет иметь разную плотность. О том, насколько будут разниться показания, дает представление приведенная ниже таблица.

Температура электролита, °С Поправка к показанию денсиметра, г/см 3 Температура электролита, °С Поправка к показанию денсиметра, г/см 3
-55…-41 -0.05 +5…+19 -0.01
-40…-26 -0.04 +20…+30
-25…-11 -0.03 +31…+45 +0.01
-10…+4 -0.02 +46…+60 +0.02

Зависимость температуры замерзания электролита от его плотности демонстрирует еще одна таблица. На основе этих данных можно установить оптимальную плотность электролита для конкретных климатических условий. Нижняя граница подобранного интервала должна гарантировать, что электролит не замерзнет даже при самых сильных холодах и обеспечит требуемое для прокручивания стартера усилие. В то же время чрезмерно завышать плотность тоже нельзя, так как на положительных электродах аккумулятора начинают ускоряться коррозионные процессы, приводящие к сульфатации пластин.

Плотность электролита при 25 °С, г/см 3 Температура замерзания, °С Плотность электролита при 25 °С, г/см 3 Температура замерзания, °С
1.09 -7 1.22 -40
1.10 -8 1.23 -42
1.11 -9 1.24 -50
1.12 -10 1.25 -54
1.13 -12 1.26 -58
1.14 -14 1.27 -68
1.15 -16 1.28 -74
1.16 -18 1.29 -68
1.17 -20 1.30 -66
1.18 -22 1.31 -64
1.19 -25 1.32 -57
1.20 -28 1.33 -54
1.21 -34 1.40 -37

Причины изменения плотности электролита

Зафиксированные в результате измерения плотности значения не всегда соответствуют требуемым показателям. Расхождения могут касаться как отдельных банок аккумулятора, так и всех вместе. Если плотность завышена, то нужно обратить в первую очередь внимание на уровень электролита. Низкий уровень в большинстве случае является последствием электролиза, приводящего к разложению входящей в состав электролита воды на водород и кислород. Этот процесс выражается в появлении на поверхности жидкости пузырьков, что обычно происходит при зарядке аккумулятора. Частое «кипение» может приводить к снижению концентрации воды, и этот вопрос решается ее простым добавлением. Доливать в аккумулятор стоит только дистиллированную воду, контролируя при этом уровень электролита. Подробнее о корректировке плотности электролита поговорим ниже.

Если с повышенной плотностью все ясно, то с пониженной ситуация несколько сложнее. В теории, одной из причин понижения плотности, может быть то, что по какой-то причине в электролите уменьшилась доля серной кислоты. Однако на практике это маловероятно, так как сама по себе она обладает высокой температурой кипения, исключающей испарение даже при интенсивном нагреве, который происходит, например, при зарядке аккумуляторной батареи. Более распространенной причиной снижения плотности электролита является так называемая сульфатация пластин, заключающаяся в образовании на электродах сульфата свинца (PbSO4). На самом деле, это естественный процесс, происходящий при каждом разряде АКБ. Но дело в том, что при нормальном режиме работы после разряда аккумулятора обязательно происходит его заряд (на автомобиле аккумулятор постоянно подзаряжается от генератора). Заряд сопровождается обратным преобразованием сульфата свинца в свинец (на катоде) и двуокись свинца (на аноде) – в те активные вещества, которые составляют основу электродов и непосредственно участвуют в химическом процессе внутри аккумуляторной батареи. Если АКБ находится длительное время в разряженном состоянии, сульфат свинца кристаллизуется, безвозвратно теряя способность участвовать в химических реакциях. Это очень неприятный процесс, в результате которого аккумулятор уже не получится зарядить полностью даже при использовании внешнего зарядного устройства ввиду того, что не вся площадь пластин задействована в работе. Так как аккумулятор не заряжается до конца, то и плотность электролита не восстанавливается до своих исходных значений. По сути, здесь уже идет разговор об устранении нарушений в нормальном функционировании аккумулятора.

Частичную сульфатацию пластин можно устранить с помощью контрольно-тренировочных циклов, заключающихся в заряде и последующем разряде батареи до определенного уровня. Большинство современных зарядных устройств имеют такую функцию, поэтому имеет смысл ей воспользоваться, особенно если аккумулятор по какой-то причине долго находился в разряженном состоянии. Процедура десульфатации весьма длительная и может занять до нескольких дней. Если она не принесла результата, то крайней мерой является увеличение плотности с помощью добавления корректирующего электролита (плотность около 1.40 г/см 3 ). Такой способ можно рассматривать только как временное решение проблемы, потому что причина как таковая не устраняется.

Как поднять плотность электролита

Понизить или повысить плотность электролита в аккумуляторе можно путем откачивания его определенного количества, и долива взамен дистиллированной воды или электролита с повышенной плотностью (корректирующего). Данная процедура требует больших временных затрат, так как цикл откачки-долива может повторяться несколько раз, пока не будет достигнуто требуемое значение. После каждой корректировки необходимо поставить аккумулятор на зарядку (минимум на 30 минут), а затем дать ему постоять (0.5-2 часа). Эти действия необходимы для лучшего перемешивания электролита и выравнивания плотности в банках.

В процессе поднятия (или понижения) плотности электролита не стоит забывать и о контроле его уровня. Он осуществляется стеклянной трубкой с двумя отверстиями по краям. Один край погружается в электролит до тех пор, пока не упрется в предохранительную сетку. Далее верхний конец закрывается пальцем, а сама трубка осторожно поднимается вместе со столбиком жидкости внутри. Высота этого столбика указывает на расстояние от верхней кромки пластин до поверхности залитого электролита. Оно должно составлять 10-15 мм. Если аккумулятор имеет индикатор (тубус) или прозрачный корпус с нанесенными метками минимума и максимума, то контролировать уровень значительно проще.

Не стоит забывать, что все операции с электролитом необходимо выполнять осторожно, используя защитные перчатки и очки.

Как проверить плотность аккумулятора и уровень электролита

Иногда владельцы автомобилей спрашивают о том, как проверить плотность аккумулятора. Если выражаться корректнее и точнее, речь идет о том, как проверить плотность электролита в аккумуляторе. Как известно, уровень электролита в батарее измеряется в том случае, если АКБ относится к категории обслуживаемых. Для того чтобы научиться делать это самостоятельно, как в гараже, так и в домашних условиях, нужно знать о том, что представляет из себя жидкий электролит и как устроена внутри обслуживаемая автомобильная батарея.

Что находится внутри АКБ

Внутри аккумуляторной батареи автомобиля в определенной последовательности расположены шесть отсеков, или «банок». Каждый отсек имеет свинцовые пластины с положительными и отрицательными зарядами. «Банка» устроена герметично, и ее контакт с другими элементами происходит через общее полярное соединение.

Уровень напряжения в каждом отсеке АКБ составляет 2, максимум — 2,1 вольт. Все элементы соединяются друг с другом в последовательную электрохимическую цепь, имея на выходе общее напряжение 12 вольт.

Благодаря тому, что каждая «банка» заполнена особым химическим соединением, имеющим жидкую консистенцию, автомобильный аккумулятор обладает способностью накопления и отдачи электрического заряда. Эта жидкость получила название «электролит», а такие простые теоретические знания из области физики и химии помогут разобраться в том, как проверить плотность аккумулятора (точнее, электролита) правильно.

Для чего необходимо проверять плотность электролитической жидкости

Любой электролит представляет собой не что иное, как химическую смесь, состоящую из дистиллированной воды и серной кислоты в определенной пропорции: вода 65%, 35% — кислота. Именно такое процентное соотношение и позволяет электролиту осуществлять накопление электрического заряда без нанесения урона чувствительным свинцовым пластинам АКБ.

В процессе постоянной эксплуатации батареи происходят постоянные изменения плотности электролита, что определенным образом может сказаться на ее рабочих функциях. Само понятие плотности, кстати, означает не что иное, как процентное соотношение серной кислоты к дистилляту.

Если уровень серной кислоты внутри аккумулятора становится слишком высоким, это может печально закончиться для его пластин. Бывают ситуации, когда кислота попросту разъедает свинец, и пластины разрушаются.

Если же кислоты слишком мало, это означает, что АКБ разряжена или близка к тому, чтобы разрядиться полностью. Аккумулятор не может работать в режиме той емкости, которая указана в его технических характеристиках. Например, энергии может просто не хватить в условиях холодного запуска двигателя внутреннего сгорания.

Также, если водитель долго пытается ездить на разряженном аккумуляторе, процесс оседания сульфатов на пластинах неизбежен. На них образуется плотный белый налет, убрать который порой бывает весьма проблематично. При критичном уровне сульфатов произойдет либо разрушение пластин, либо короткое замыкание. Потребуется десульфатация аккумулятора.

Принцип работы аккумуляторной батареи

Чтобы знать, как правильно измерять уровень электролита, важно помнить — любая АКБ работает по цикличному принципу. Вначале она осуществляет накопление заряда внутри, а затем, при запуске двигателя, начинает его постепенно отдавать автомобилю, приводя его в движение. При отдаче заряда аккумулятором кислота выделяет те самые сульфаты (соли), оседающие на пластины «банок». А в «банках» происходит образование воды. Это приводит к тому, что уровень электролита значительно снижается.

Что потребуется сделать в данном случае:

  • когда уровень плотности выше требуемого, нужно разбавить электролит дистиллированной водой;
  • когда плотность снижается, батарея срочно нуждается в полноценной зарядке в течение, как минимум, 10-12 часов.

Как проверить электролит и измерить его плотность

Перед тем как проверить электролит в аккумуляторе, очистите его поверхность от грязи и пыли, чтобы при снятии крышек с батарейных отсеков они не попали внутрь. Возьмите тонкую трубку из стекла, ее диаметр может составлять от 4 до 5 миллиметров. Теперь нужно опустить трубку в отсек до конца, так, чтобы она коснулась его дна. Отверстие можно закрыть с помощью пальца (предварительно не забудьте обезопасить себя, надев технические перчатки!).

Достаньте из банки трубку: в нее должно попасть небольшое количество электролитической жидкости. Ориентируйтесь на ее высоту — сколько места она занимает в трубке. Если высота жидкости 10-15 миллиметров — плотность в пределах нормы, а когда уровень больше, либо меньше — плотность необходимо откорректировать.

Перед тем как приступить к корректировке плотности, нужно произвести ее точные замеры — в каждом аккумуляторном отсеке по отдельности, так как они между собой не сообщаются. Обязательно зарядите АКБ перед измерением, иначе результаты могут оказаться неверными. Кроме этого, незадолго до процесса батарею нужно на 3-4 часа оставить в помещении с комнатной температурой (от 20°С, можно чуть выше). Ведь химическая жидкость имеет прямую зависимость от температурного фактора.

Для измерения уровня плотности электролита применяется такой простой инструмент, как ареометр. Его еще иногда называют более сложным словом — денсиметр. Но по сути это одно и то же. Ареометр состоит из наконечника, поочередно опускаемого в аккумуляторные отсеки, колбы, резиновой груши для отсасывания жидкости и шкалы измерений, которая расположена внутри колбы.

Алгоритм действий проверки будет таким:

  • вытрите наконечник насухо чистой тряпочкой;
  • опустите его в аккумуляторный отсек;
  • резиновой грушей наберите небольшое количество жидкости;
  • следите за «поведением» электролита: когда он перестанет двигаться — замерьте плотность по шкале;
  • слейте жидкость обратно в «банку».

Как видите, техника снятия показаний очень проста. Главное — не забывать защитить руки с помощью перчаток.

Цифровые показатели, на которые нужно ориентироваться

Поскольку химическая составляющее АКБ напрямую зависит от температурных факторов, существуют общепринятые цифровые показатели, обозначающие уровень оптимальной концентрации электролита. На юге РФ это 1,25, в районах средней полосы — 1,27, а в северных регионах — 1,29 гр/см3.

Итак, как проверить уровень электролита в аккумуляторе и его плотность? Отнесите батарею в помещение с комнатной температурой, удалите с нее загрязнения, откройте банки и воспользуйтесь стеклянной трубочкой и ареометром. Не забудьте надеть перчатки. Проверку аккумулятора нужно осуществлять регулярно для обеспечения наилучшего уровня его работы.

Ручной ареометр для измерения удельного веса

Ручной ареометр для измерения удельного веса | SBS

Магазин не будет работать корректно, если куки отключены.

Похоже, в вашем браузере отключен JavaScript. Для наилучшего взаимодействия с нашим сайтом обязательно включите Javascript в своем браузере.

Ареометр для измерения удельного веса

Ареометры (плотномеры) измеряют удельный вес жидкостей.Удельный вес — это отношение плотности тестируемой жидкости к плотности воды. В случае тестирования батареи ареометр измеряет удельный вес электролита в батарее. Чем выше концентрация кислоты в электролите, тем выше удельный вес.

В зависимости от удельного веса пользователь может определить степень заряда аккумулятора.

Сохранение показаний ареометра и данных с течением времени рекомендуется IEEE как часть любой программы обслуживания батарей.

Шкала внутри стержня позволяет легко определить удельный вес.

  • Масштаб 1.100 — 1.350
  • Примечание: .005 Подразделения

Подробнее о продукте

Информация о приложении

Характеристики

  • Ареометр промышленного класса
  • Практически не ломается
  • Изготовлен из поликарбонатного цилиндра и специального сверхмощного стеклянного поплавка, выдерживающего падения с высоты 10 футов.
  • Масштаб: 1.100 — 1.350 с делениями на 0,005

Информация для заказа

Z-1G 1,100 — 1,350 Ареометр промышленного класса со стеклянным поплавком для тяжелых условий эксплуатации
1353 -20 ° — 130 ° F Термометр, включает таблицу поправочных коэффициентов S.G.
Авторские права © 2021-настоящее время Exponential Power — —

измерение удельного веса: Техническая поддержка

Удельный вес:

Самый точный и прямой способ проверить состояние заряда аккумуляторной ячейки — это определить удельный вес электролита.Чем выше удельный вес электролита, тем выше степень его заряда. Лучший способ по-настоящему контролировать вашу систему в течение всего срока ее службы — это регулярно снимать и записывать показания удельного веса.


К сожалению, ареометры не просты в использовании. Тестирование может занять много времени, возможны ошибки, и необходимо учитывать безопасность. По этим причинам мы представляем этот бюллетень.

Типы ареометров


Ареометры бывают разных размеров и форм.Мы рекомендуем ареометр с поплавком, помещенный в стеклянный сосуд с резиновой грушей, чтобы втягивать кислоту в трубку. Держитесь подальше от плавающих цветных шариков, поскольку дополнительная погрешность приводит к очень субъективному тестированию. Ареометр должен показывать числовые значения непосредственно с прибора. Хороший ареометр имеет точность +/- 0,005 балла, поэтому 1,265 может показывать от 1,260–1,270. Точность прибора должна быть известна.

Проверка калибровки


Как и в случае со всем измерительным оборудованием, делать выводы из результатов не стоит усилий, если оборудование не откалибровано.

Правильный способ проверить калибровку ареометра — это проверить его по известному эталонному устройству, которое имеет точность до еще одного десятичного знака. Эти ареометры бывают; однако очень дорогое (100–150 долларов США) и легко ломается.

Самый простой и дешевый способ при наличии оборудования — отмерить объем кислоты и взвесить ее. Маленький градуированный цилиндр и электронные весы идеально подходят. Затем удельный вес рассчитывается следующим образом:

SG = Масса (г) / Объем (мл)

Метрические единицы должны использоваться для преобразования в шкалу удельного веса на основе воды.Ареометр калибруют, если он соответствует образцу в пределах производственного допуска.

Метод использования


Точные процедуры зависят от прибора и являются общей процедурой и предполагают наличие ареометра со стеклянным поплавком и корпусом.

  1. Наденьте защитные очки и резиновые перчатки.
  2. Рекомендуется отключать аккумулятор, особенно при высокой скорости заряда / разряда.
  3. Снимите вентиляционную крышку.Осторожно вставьте ареометр в ячейку, не давя на верхнюю часть пластин.
  4. Осторожно втяните жидкость в ареометр и избегайте «ударов» ареометра. Будьте осторожны, чтобы поплавок не был залит (слишком много жидкости) и не прилипал к стенкам стеклянной трубки.
  5. Получите показания, глядя прямо на поплавок.
  6. Повторите шаги 3-5, чтобы подтвердить показания.
  7. ЗАПИШИТЕ номер ячейки и результат.
  8. Если очень тепло или очень холодно, скорректируйте удельный вес для температуры.Если температура окружающей среды достаточно стабильна и при вводе батарей в эксплуатацию принимается исходная плотность, коррекция температуры не является критичной и необходима только в случае возникновения проблем. Убедитесь, что электролит не горячий, если его только что вынули из эксплуатации. Дайте ему достичь комнатной температуры.


Простая процедура — пронумеровать ячейки, начиная с положительной ячейки и переходя от ячейки к ячейке к отрицательному выводу. Если это часть программы профилактического обслуживания, полезно пронумеровать батареи.

Температурная поправка


Удельный вес кислоты зависит от температуры. Если температура очень низкая или очень высокая, это может привести к неправильным показаниям. Чтобы внести поправку на температуру, используйте следующие уравнения: или при температуре ниже 70ºF вычтите точки (0,003 на 10ºF), а при температуре выше 70ºF добавьте точки.


Это действительно для 0-130ºF или -17,8- 54,4ºC

Ниже показано приблизительное состояние заряда при различных удельных весах при 77ºF / 25ºC.

Заряженный Удельный вес
100% 1,255-1,275
75% 1,215-1 50% 1.180-1.200
25% 1.155-1.165
0% 1.110-1,130

Ареометры имеют в лучшем случае точность +/- 0,005 балла. Напряжение можно использовать для оценки степени заряда, однако следует соблюдать осторожность при интерпретации показаний напряжения.

Тестирование аккумуляторов (автомобиль)

13.9.

Тестирование батарей

Аккумуляторы необходимо проверять, чтобы предотвратить проблемы с автомобилем, возникающие в результате отказа аккумулятора.Батарея проверяется на предмет ее состояния заряда и того, насколько хорошо она вырабатывает или принимает ток. Если напряжение полностью заряженной батареи низкое во время разряда или если оно слишком высокое или слишком низкое во время зарядки, батарея неисправна.
13.9.1. Тест относительной плотности (удельного веса) или тест состояния заряда
Химическая реакция в свинцово-кислотном аккумуляторном элементе происходит в основном между активной пастой и электролитом. Серную кислоту сначала разбавляют водой до тех пор, пока электролит не приобретет относительную плотность (удельный вес) примерно 1.28.
Когда элемент полностью заряжен, активные пасты не содержат сульфатов, а электролит достигает максимальной прочности. Когда элемент разряжается, активные пасты реагируют с серной кислотой в электролите, образуя сульфат свинца в пластинах. Таким образом, серная кислота
постепенно переходит из электролита в активную пасту, из-за чего крепость раствора пропорционально уменьшается. Поскольку относительная плотность электролита напрямую зависит от концентрации раствора, ее можно использовать для оценки степени заряда каждого элемента батареи.Ареометр (рис. 13.66) используется для измерения относительной плотности.
Шприц для ареометра имеет стеклянный пластинчатый корпус с грушей из мягкой резины на одном конце и резиновой пробоотборной трубкой на другом конце. Стеклянный поплавок с вертикальной шкалой относительной плотности помещен внутри стеклянного корпуса, и шкала откалибрована с помощью свинцовой дроби, расположенной в основании поплавка.
Чтобы измерить относительную плотность, погрузите пробоотборную трубку ареометра в электролит аккумуляторного элемента, сожмите резиновую грушу и отпустите ее, чтобы взять пробу электролита.Подождите, пока поплавок поднимется в жидкости, а затем снимите показания шкалы на уровне поверхности, которая указывает значение относительной плотности. Если показания отдельных ячеек

Рис. 13.65. Скамья для зарядки.
отличаются более чем на 0,040, одна или несколько ячеек могут быть неисправны. В таблице 13.6 представлена ​​зависимость относительной плотности электролита от состояния заряда.


Рис. 13.66. Измерение прочности электролита.

Таблица 13.6. Относительная плотность и состояние заряда.
Состояние заряда Относительная плотность
Обычное Тропики
Полностью заряжена (100%) 1,28 1,23
Наполовину заряжен (50%) 1,20 1.16
Разряжено (0%) 1,12 1.08

Относительная плотность электролита зависит от температуры. Следовательно, необходимо использовать стандартную температуру в качестве эталона при считывании ее значения с ареометра. Этот стандарт обычно составляет 288 К, поэтому на каждые 1,5 К выше или ниже 288 К добавьте или вычтите 0,001 соответственно из показаний ареометра. Ареометр
не следует использовать для проверки батареи сразу после добавления воды в электролит элемента, потому что вода остается на верхней части пластин, из-за чего ареометр показывает более низкое значение, чем фактический уровень заряда.
Показания шкалы ареометра, в качестве первого шага, дают хорошее представление о состоянии заряда батареи при условии, что элементы изначально заполнены растворами одинаковой силы и после этого не произошло разлива. Однако показания относительной плотности не могут правильно указывать на то, закорачиваются ли некоторые из пластин ячеек или слилась активная паста, из-за чего пластины не могут выдерживать большой ток, например, при проворачивании двигателя.
13.9.2.

Тест разрядки с высокой скоростью или тест емкости

Для испытания на высокоскоростной разряд к клеммам батареи прикладывают электрическую нагрузку с помощью либо постоянного резистора, обычно сделанного из сплава марганец-эврика, либо переменного резистора, состоящего из кучи углерода.Эти два материала сохраняют свою стойкость в широком диапазоне температур. Это важная особенность, поскольку во время разряда рассеивается значительное количество тепловой энергии.
В одной из версий тестера тяжелого разряда (рис. 13.67) используется стопка угольных дисков или пластин, скрепленных гайкой и болтом. Пластиковая ручка, прикрепленная к головке болта, используется для регулировки степени сжатия между пластинами. Амперметр подключается последовательно с угольным стержнем для измерения тока разряда, а шунтирующий резистор подключается параллельно амперметру для защиты амперметра от протекания сильного тока.На выходных клеммах установлен вольтметр для измерения падения напряжения при разряде аккумулятора.
Для начала испытания углеродный ворс сначала ослабляют, открутив болт на один или два оборота, а затем тяжелые кабельные зажимы помещают на клеммы аккумуляторной батареи. Ручка регулировки вращается, чтобы сжать кучу угля вместе, так что электрическое сопротивление угля уменьшается, и батарея разряжается через уголь, шунтирующий резистор и амперметр.
Ток разряда увеличивается до тех пор, пока он не достигнет значения (показанного на амперметре), в три раза превышающего емкость аккумулятора в ампер-часах. Таким образом, батарея на 60 Ач должна иметь испытательный ток разряда 3 x 60 = 180 ампер. Этот ток следует удерживать всего 10 секунд, наблюдая за показаниями вольтметра. Аккумулятор на 12 В в хорошем состоянии должен выдерживать напряжение выше 9,6 В. Если напряжение падает чуть ниже этого значения, батарею следует перезарядить, а если напряжение быстро падает ниже 6 вольт, это указывает на то, что одна или несколько ячеек могут быть неисправны.Этот тест не следует проводить на разряженной батарее.

Как использовать ареометр для измерения удельного веса

Вы можете измерить удельный вес с помощью ареометра, если вы залиты свинцово-кислотные батареи, у которых наверху крышки вы можете удалить, чтобы добраться до жидкости (электролита) внутри. Затем найдите удельный вес в следующей таблице, чтобы найти Глубина разряда (DOD) аккумуляторной батареи, которую вы взяли электролит от.Если у вас запаянные батареи то там нет съемных колпачков, и вы не можете этого сделать.

DOD аккумулятор на 2 вольта аккумулятор 12 вольт Аккумулятор 24 В аккумулятор 48 вольт удельный вес
0% 2,10 12,70 25,40 50,80 1,265
10% 2.09 12,58 25,16 50,32 1,249
20% 2,08 12,46 24,92 49,84 1,233
30% 2,06 12,36 24,72 49,44 1,218
40% 2.05 12,28 24,56 49,12 1,204
50% 2,03 12,20 24,40 48,80 1,190
60% 2,02 12,12 24,24 48,48 1,176
Разряжено 1.75 11,90 23,80 47,60 1,120

Электролит содержит смесь серной кислоты и дистиллированной воды.

Предупреждение: эти батареи содержат серную кислота. Всегда надевайте защитные очки и резиновые или ПВХ перчатки при работе с их.

Показания не будут точными, если вы только что добавили воды. Подожди пока перед тестированием, чтобы новая вода успела смешаться с имеющийся электролит.

Каждая батарея состоит из одной или нескольких ячеек. На фото ниже есть три клетки. Чтобы получить доступ к электролиту, просто удалите колпачок, обычно откручивая его. Убедитесь, что вы не уронили что-нибудь в камеру.

Ячейки аккумулятора.

Колпачок снят.

Самый лучший, простой в использовании и доступный по цене тип ареометра — это тот, который представляет собой герметичный цилиндр с грушей на одном конце и маленькая гибкая трубка на другом конце (см. схему ниже.) Внутри есть поплавок, что-то похожее на то, что вы видели бы в ртути термометр. Убедитесь, что у вас есть тот, который сообщает вам значения для удельный вес, и на нем не только цвета. Следующий диаграмма показывает, как его использовать.

Использование поплавкового ареометра.

Если на поплавке ареометра есть числовые значения для конкретных гравитации, запишите значение и аккумулятор, который вы хотите измеряется.Если значений нет, зеленый цвет означает, что аккумулятор заряжен, белый цвет означает, что он нуждается в зарядке, а красный означает, что он сильно разряжен и нуждается в зарядке, но это очень приблизительные показатели. Желательно иметь фактические значения. так как вы можете сравнивать значения для разных ячеек и лучше контролировать здоровье каждой клетки.

Температурные поправочные коэффициенты

Удельный вес будет варьироваться в зависимости от температуры внутри батареи.В инструкции к вашим батареям вы узнаете, какое исправление применять. Например, так написано в мануале Surrette / Rolls. для температур в диапазоне от 0 до 130 ° F или от -17,8 до 54,4 ° C. Используйте приведенные ниже уравнения или для температур ниже 70 ° F (21 ° C). вычтите 0,03 на каждые 10 ° F (5 ° C) температуры ниже 70 ° F, а для температур выше 70 ° F добавьте 0,03 для каждые 10 ° F выше 70 ° F.

  • Поправочный коэффициент (по Фаренгейту) = (0,331 x Температура_батареи_в_F — 23) / 100
  • Поправочный коэффициент (по Цельсию) = (0.595 x Температура_батареи_в_C — 12,5) / 100

Многие инверторы или контроллеры заряда имеют температуру батареи датчик, который вы прикрепляете к батарейному блоку где-нибудь, чтобы контролировать температура. Обычно у них есть ЖК-дисплей, который можно запросить. выясни это. Направляя инфракрасный термометр сбоку от одна из батарей в середине вашего батарейного блока также будет дать температуру.

Ареометр с круговой шкалой для измерения удельного веса

Ниже представлен ареометр другого типа с циферблатом вместо поплавка.Это немного менее надежно, потому что циферблат может немного заедать, когда превращение.

Циферблатный ареометр.

Крупный план циферблата.

Всасывание электролита в ареометр.

Чтение циферблата.

Разрешение в датчиках QCM для вязкости и плотности жидкостей: применение для свинцово-кислотных аккумуляторов

DOI: 10.3390 / с120810604. Epub 2012 3 августа.

Принадлежности Расширять

Принадлежность

  • 1 Департамент электронных технологий, Университет Виго, кампус Лагоас Маркосенде, Виго 36310, Испания[email protected]
Бесплатная статья PMC

Элемент в буфере обмена

Ана Мария Као-Пас и др. Датчики (Базель). 2012 г.

Бесплатная статья PMC Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

DOI: 10.3390 / с120810604. Epub 2012 3 августа.

Принадлежность

  • 1 Департамент электронных технологий, Университет Виго, кампус Лагоас Маркосенде, Виго 36310, Испания. [email protected]

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Опции CiteDisplay

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

В аккумуляторных приложениях, особенно в автомобилях, подводных лодках и в системах удаленной связи, состояние заряда (SoC) необходимо для эффективного управления аккумуляторами.Наиболее широко используемый физический параметр для этого — плотность электролита. Однако существует большая зависимость между вязкостью электролита и SoC, чем наблюдаемая для плотности и SoC. В данной статье представлен датчик микровесов на кристаллах кварца (QCM) для измерения плотности электролита и вязкости продукта в свинцово-кислотных аккумуляторах. Датчик калибруется в растворах H (2) SO (4) в диапазоне электролита аккумулятора для получения чувствительности, шума и разрешения. Кроме того, проводятся испытания заряда и разряда в реальном времени, при этом кристалл кварца помещается внутрь батареи.В то же время определяется существующий теоретический «предел разрешающей способности» для измерения квадратного корня из произведения плотность-вязкость [Формула: см. Текст] жидкой среды или наилучшего разрешения, достижимого с помощью генератора QCM. Результаты показывают, что предел разрешения зависит только от характеристик исследуемой жидкости, а не от частоты. Предел разрешения QCM для измерений [Формула: см. Текст] ухудшается при увеличении произведения плотности и вязкости жидкости, но это не может быть улучшено путем увеличения рабочей частоты.

Ключевые слова: измерение плотности-вязкости продукта; частотный шум; свинцово-кислотные батареи; кварцевые микровесы; разрешающая способность; чувствительность; состояние заряда.

Цифры

Рисунок 1.

Электромеханическая модель пьезоэлектрика…

Рисунок 1.

Электромеханическая модель пьезоэлектрического резонатора для микрогравиметрических измерений в жидкости; Сечение…

Рисунок 1.

Электромеханическая модель пьезоэлектрического резонатора для микрогравиметрических измерений в жидкости; Поперечное сечение нагруженного резонатора и эквивалентная схема BVD, модифицированная Мартином и Гранстаффом.

Рисунок 2.

Экспериментальная установка для калибровки…

Рисунок 2.

Экспериментальная установка для калибровки датчика ( a ) Схема подключения,…

Фигура 2.

Экспериментальная установка для калибровки датчика ( a ) Схема подключения, ( b ) Экспериментальный испытательный стенд, ( c ) Кристалл кварца во время калибровки растворами серной кислоты.

Рисунок 3.

Изменение частоты колебаний…

Рисунок 3.

Изменение частоты колебаний в зависимости от температуры полностью заряженной батареи (40%…

Рисунок 3.

Изменение частоты колебаний в зависимости от температуры в полностью заряженной батарее (40% серная кислота), Δ f QCM , и компенсация изменения квадратного корня из произведения вязкость-плотность в зависимости от температуры, Δf (T) = Δ f QCM −Δ f ρη (T).

Рисунок 4.

Держатель кварцевого кристалла для…

Рисунок 4.

Держатель кварцевого кристалла, предназначенный для измерения заряда батареи в реальном времени. ( a ) Внешний вид…

Рисунок 4.

Держатель кварцевого кристалла, предназначенный для измерения заряда батареи в реальном времени. ( a ) Внешний вид кристалла в сборе на держателе; ( b ) Деталь области кристалла; ( c ) Воздушная камера для колебаний кристалла.

Рисунок 5.

Датчик QCM размещен внутри…

Рисунок 5.

Датчик

QCM помещается внутри батареи во время измерений в реальном времени.

Рисунок 5. Датчик

QCM помещается внутри батареи во время измерений в реальном времени.

Рисунок 6.

Датчик частоты и жидкости QCM…

Рисунок 6.

Частота датчика QCM и температура жидкости во время испытания растворов.

Рисунок 6.

Частота датчика QCM и температура жидкости во время испытания растворов.

Рисунок 7.

Градуировочный график QCM…

Рисунок 7.

Градуировочный график датчика QCM.

Рисунок 7.

Градуировочный график датчика QCM.

Рисунок 8.

Соотношение добротности и…

Рисунок 8.

Связь между добротностью и ρ η.

Рисунок 8.

Соотношение между добротностью и ρη.

Рисунок 9.

Связь между отклонением Аллана и…

Рисунок 9.

Связь между девиацией Аллана и ρ η.

Рисунок 9.

Связь между девиацией Аллана и ρη.

Рисунок 10.

Частота колебаний за четыре дня…

Рисунок 10.

Частота колебаний за четыре дня при погружении резонатора в аккумуляторную батарею…

Рисунок 10.

Частота колебаний за четыре дня при погружении резонатора в аккумуляторную батарею полностью заряженной батареи (40% серной кислоты) и температуре электролита.

Рисунок 11.

Частота колебаний за четыре дня…

Рисунок 11.

Частота колебаний в течение четырех дней после температурной компенсации и девиации Аллана.

Рисунок 11.

Частота колебаний в течение четырех дней после температурной компенсации и девиации Аллана.

Рисунок 11.

Частота колебаний за четыре дня…

Рисунок 11.

Частота колебаний в течение четырех дней после температурной компенсации и девиации Аллана.

Рисунок 11.

Частота колебаний в течение четырех дней после температурной компенсации и девиации Аллана.

Рисунок 12.

Частота колебаний и температура…

Рисунок 12.

Частота колебаний и температура датчика QCM во время пробной зарядки.

Рисунок 12.

Частота колебаний и температура датчика QCM во время пробной зарядки.

Рисунок 13.

Частота датчика QCM…

Рисунок 13.

Частота датчика QCM после температурной компенсации по уравнениям (14) — (17) и вариациям…

Рисунок 13.

Частота датчика QCM после температурной компенсации с использованием уравнений (14) — (17) и вариации ρη в процессе заряда.

Рисунок 14.

Частота колебаний и температура…

Рисунок 14.

Частота колебаний и температура датчика QCM при испытании на разряд.

Рис 14.

Частота колебаний и температура датчика QCM при испытании на разряд.

Рисунок 15.

Частота датчика QCM…

Рисунок 15.

Частота датчика QCM после температурной компенсации по уравнениям (14) — (17) и вариациям…

Рисунок 15.

Частота датчика QCM после температурной компенсации с использованием уравнений (14) — (17) и вариации ρη в процессе разряда.

Все фигурки (16)

Похожие статьи

  • Различные экспериментальные результаты влияния угла погружения на резонансную частоту кварцевых микровесов в жидкой фазе: с комментарием.

    Шен Д., Кан Ц., Ли Х, Цай Х, Ван Ю. Шен Д. и др. Анальный Чим Акта. 19 июня 2007 г .; 593 (2): 188-95. DOI: 10.1016 / j.aca.2007.03.059. Epub 2007 1 апреля. Анальный Чим Акта. 2007 г. PMID: 17543606

  • Небольшой объем лабораторных измерений на микросхеме с использованием кварцевых микровесов для измерения произведения вязкости и плотности ионных жидкостей при комнатной температуре.

    Дой Н., Макхейл Дж., Ньютон М.И., Хардакр К., Дж. Р., Макиннес Дж. М., Кувшинов Д., Аллен Р. В.. Дой Н. и др. Биомикрофлюидика. 8 марта 2010 г .; 4 (1): 14107. DOI: 10,1063 / 1,3353379. Биомикрофлюидика. 2010 г. PMID: 20644676 Бесплатная статья PMC.

  • Многоточечный датчик на основе оптического волокна для измерения плотности электролита в свинцово-кислотных аккумуляторах.

    Као-Пас А.М., Маркос-Асеведо Дж., Дель Рио-Васкес А., Мартинес-Пеньялвер С., Лаго-Феррейро А., Ногейрас-Мелендес А.А., Доваль-Гандой Дж.Cao-Paz AM, et al. Датчики (Базель). 2010; 10 (4): 2587-608. DOI: 10,3390 / s100402587. Epub 2010 25 марта. Датчики (Базель). 2010 г. PMID: 22319262 Бесплатная статья PMC.

  • Кварцевые микровесы с электронными интерфейсными системами: обзор.

    Аласси А., Бенаммар М., Бретт Д. Аласси А. и др. Датчики (Базель). 2017 5 декабря; 17 (12): 2799. DOI: 10,3390 / s17122799.Датчики (Базель). 2017 г. PMID: 29206212 Бесплатная статья PMC. Рассмотрение.

  • Кварцевые микровесы: полезный инструмент для изучения тонких полимерных пленок и сложных биомолекулярных систем на границе раздела раствор-поверхность.

    Маркс К.А. Маркс К.А. Биомакромолекулы. 2003 сентябрь-октябрь; 4 (5): 1099-120. DOI: 10.1021 / bm020116i. Биомакромолекулы. 2003 г. PMID: 12959572 Рассмотрение.

Процитировано

8 статьи
  • Датчик измерения вязкости: прототип нового медицинского диагностического метода на основе кварцевого резонатора.

    Миранда-Мартинес А., Ривера-Гонсалес М.Х., Зейноун М., Карвахаль-Аумада, Л.А., Серрано-Ольмедо Дж. Дж. Миранда-Мартинес А. и др.Датчики (Базель). 2021 г., 13 апреля; 21 (8): 2743. DOI: 10,3390 / s21082743. Датчики (Базель). 2021 г. PMID: 33924605 Бесплатная статья PMC.

  • Обнаружение белков без этикеток с помощью микроакустического биосенсора в сочетании с сортировкой по электрическому полю. Теоретическое исследование на моделях мочи.

    Мухин Н., Коноплев Г., Осеев А., Шмидт М.П., ​​Степанова О., Козырев А., Дмитриев А., Хирш С. Мухин Н. и др.Датчики (Базель). 2021 6 апреля; 21 (7): 2555. DOI: 10,3390 / s21072555. Датчики (Базель). 2021 г. PMID: 33917374 Бесплатная статья PMC.

  • Высокочувствительный двойной электрохимический контроль качества для надежных трехэлектродных измерений.

    Тот Д., Каспер М., Алик И., Авадейн М., Эбнер А., Бэйни Д., Грамсе Дж., Кинбергер Ф. Tóth D, et al. Датчики (Базель). 2021, 7 апреля; 21 (8): 2592.DOI: 10,3390 / s21082592. Датчики (Базель). 2021 г. PMID: 33917195 Бесплатная статья PMC.

  • Улучшенные характеристики измерения индуктивности двойного кварцевого преобразователя.

    Матко В, Миланович М. Матко В. и др. Датчики (Базель). 2019 11 мая; 19 (9): 2188. DOI: 10,3390 / s1

  • 88. Датчики (Базель). 2019. PMID: 31083570 Бесплатная статья PMC.

  • Платформа из фторированного MOF для выборочного удаления и определения SO 2 из дымовых газов и воздуха.

    Tchalala MR, Bhatt PM, Chappanda KN, Tavares SR, Adil K, Belmabkhout Y, Shkurenko A, Cadiau A., Heymans N, De Weireld G, Maurin G, Salama KN, Eddaoudi M. Tchalala MR, et al. Nat Commun. 2019 22 марта; 10 (1): 1328. DOI: 10.1038 / s41467-019-09157-2. Nat Commun. 2019. PMID: 302 Бесплатная статья PMC.

использованная литература

    1. Линден Д., Редди Т. Справочник батарей. Макгроу Хилл; Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: 2002.
    1. Мозли П.Т., Гарче Дж., Паркер К.Д., Рэнд Д.А.Дж. Свинцово-кислотные аккумуляторы с клапанным регулированием. Эльзевир; Амстердам, Нидерланды: 2004.
    1. Арнау А. Обзор интерфейсных электронных систем для микровесов из кристаллов кварца с разрезом в жидкостях.Датчики. 2008. 8: 370–411. — ЧВК — PubMed
    1. Зауэрбрей К.Г. Verwendung von Schwingquarzen zur Wägung dünner Schichten und zur Mikrowägung.Z. Phys. 1959; 155: 206–222.
    1. Канадзава К.К., Гордон Дж.Г. Частота контакта кварцевых микровесов с жидкостью. Анальный. Chem. 1985; 57: 1770–1771.

Показать все 22 ссылки

Типы публикаций

  • Поддержка исследований, Non-U.С. Правительство

LinkOut — дополнительные ресурсы

  • Источники полных текстов

  • Другие источники литературы

BU-903: Как измерить состояние заряда

Изучите измерения SoC и почему они неточны.

Метод измерения напряжения

Измерить состояние заряда по напряжению просто, но это может быть неточно, поскольку материалы и температура элементов ячеек влияют на напряжение.Самая вопиющая ошибка SoC, основанная на напряжении, возникает при нарушении работы аккумулятора зарядом или разрядом. Возникающее в результате перемешивание искажает напряжение и больше не соответствует правильному эталону SoC. Для получения точных показаний аккумулятор должен находиться в разомкнутой цепи не менее четырех часов; Производители свинцово-кислотных аккумуляторов рекомендуют 24 часа. Это делает метод SoC на основе напряжения непрактичным для батареи в активной нагрузке.

Каждый химический состав батареи имеет свой уникальный характер разряда.В то время как SoC на основе напряжения достаточно хорошо работает для свинцово-кислотных аккумуляторов, которые не работают, плоская кривая разрядки никелевых и литиевых аккумуляторов делает метод напряжения неприменимым.

Кривые напряжения разряда для литий-марганца, литий-фосфата и NMC очень плоские, и 80 процентов накопленной энергии остается в плоском профиле напряжения. Хотя эта характеристика желательна в качестве источника энергии, она представляет проблему для измерения уровня топлива на основе напряжения, поскольку она показывает только полный заряд и низкий заряд; важная средняя часть не может быть оценена точно.На рисунке 1 показан плоский профиль напряжения литий-фосфатных (LiFePO) аккумуляторов.


Рисунок 1: Напряжение разряда фосфата лития-железа.
Li-фосфат имеет очень плоский профиль разряда, что затрудняет оценку напряжения для оценки SoC.

Свинцово-кислотные пластины имеют разный состав, что необходимо учитывать при измерении SoC напряжением. Кальций, добавка, которая делает батарею необслуживаемой, повышает напряжение на 5–8 процентов.Кроме того, тепло повышает напряжение, а холод вызывает его уменьшение. Поверхностный заряд еще больше вводит в заблуждение оценки SoC, показывая повышенное напряжение сразу после заряда; кратковременная разрядка перед измерением нейтрализует ошибку. Наконец, батареи AGM вырабатывают немного более высокое напряжение, чем их эквивалент.

При измерении SoC по напряжению холостого хода (OCV) напряжение батареи должно быть «плавающим» без подключенной нагрузки. Это не относится к современным автомобилям. Паразитные нагрузки для служебных функций переводят аккумулятор в состояние напряжения квазизамкнутой цепи (CCV).

Несмотря на неточности, большинство измерений SoC частично или полностью полагаются на напряжение из-за простоты. SoC на основе напряжения популярна в инвалидных колясках, скутерах и гольф-карах. Некоторые инновационные BMS (системы управления батареями) используют периоды отдыха для корректировки показаний SoC в рамках функции «обучения». На рисунке 2 показан диапазон напряжений свинцово-кислотного моноблока 12 В от полностью разряженного до полностью заряженного.

Рисунок 2: Диапазон напряжения свинцово-кислотного моноблока 12 В от полностью разряженного до полностью заряженного.

Источник: Power-Sonic


Ареометр

Ареометр предлагает альтернативу измерению SoC затопленных свинцово-кислотных аккумуляторов. Вот как это работает: когда свинцово-кислотная батарея принимает заряд, серная кислота становится тяжелее, что приводит к увеличению удельного веса (SG). Когда SoC уменьшается из-за разряда, серная кислота удаляется из электролита и связывается с пластиной, образуя сульфат свинца. Плотность электролита становится легче и водоподобнее, а удельный вес — ниже.В таблице 2 приведены показания BCI стартерных батарей.

100 %
Приблизительное состояние
заряда
Средний удельный вес
Напряжение холостого хода
2 В 6 В 8 В 12 В
1,265 2,10 6,32 8,43 12,65
75% 1.225 2,08 6,22 8,30 12,45
50% 1,190 2,04 6,12 8,16 12,24
25% 1,155 2,01 6,03 8,04 12,06
0% 1,120 1,98 5,95 7,72 11,89

Таблица 2: Стандарт BCI для оценки SoC стартерной батареи с сурьмой.
Показания снимаются при 26 ° C (78 ° F) после 24-часового отдыха.

В то время как BCI (Международный совет по батареям) указывает удельный вес полностью заряженной стартерной батареи на уровне 1,265, производители аккумуляторов могут использовать 1,280 и выше. Увеличение удельного веса приведет к перемещению показаний SoC вверх в справочной таблице. Более высокий удельный вес улучшит характеристики батареи, но сократит срок ее службы из-за повышенной активности коррозии.

Помимо уровня заряда и плотности кислоты, низкий уровень жидкости также изменит SG.Когда вода испаряется, показания удельного веса повышаются из-за более высокой концентрации. Батарея также может быть переполнена, что снижает количество. При добавлении воды дайте время для перемешивания, прежде чем проводить измерение удельного веса.

Удельный вес зависит от типа аккумуляторной батареи. В аккумуляторах глубокого цикла используется плотный электролит с удельным весом до 1,330 для получения максимальной удельной энергии; авиационные батареи имеют удельную плотность около 1,285; тяговые аккумуляторы для вилочных погрузчиков обычно стоят 1,280; стартерные батареи входят в 1.265; а стационарные батареи имеют низкий удельный вес 1,225. Это уменьшает коррозию и продлевает срок службы, но снижает удельную энергию или емкость.

В мире батарей нет ничего абсолютного. Удельный вес полностью заряженных аккумуляторов глубокого разряда той же модели может составлять от 1,270 до 1,305; полностью разряженные, эти батареи могут варьироваться от 1.097 до 1.201. Температура — еще одна переменная, которая изменяет показание удельного веса. Чем холоднее падает температура, тем выше (плотнее) становится значение удельного веса.В таблице 3 показана плотность удельного веса батареи глубокого разряда при различных температурах.

Температура электролита Плотность при полной зарядке Таблица 3: Соотношение удельного веса и температуры батареи глубокого разряда.

Более низкие температуры обеспечивают более высокие значения удельного веса.

40 ° C 104 ° F 1,266
30 ° C 86 ° F 1.273
20 ° C 68 ° F 1,280
10 ° C 50 ° F 1,287
0 ° C 32 ° F 1,294


Неточности в показаниях удельного веса также могут возникать, если аккумулятор расслоился, то есть концентрация небольшая сверху и большая снизу. (См. BU-804c: Потеря воды, стратификация кислоты и поверхностный заряд). Высокая концентрация кислоты искусственно повышает напряжение холостого хода, что может ввести в заблуждение оценки SoC из-за ложных показаний SG и напряжения.Электролит должен стабилизироваться после заряда и разряда, прежде чем снимать показания SG.


Подсчет кулонов

Ноутбуки, медицинское оборудование и другие профессиональные портативные устройства используют подсчет кулонов для оценки SoC путем измерения входящего и выходящего тока. Ампер-секунда (As) используется как для заряда, так и для разряда. Название «кулон» было дано в честь Шарля-Огюстена де Кулона (1736–1806), который известен прежде всего разработкой закона Кулона. (См. BU-601: Как работает интеллектуальная батарея?)

Несмотря на то, что это элегантное решение сложной проблемы, потери сокращают общую поставленную энергию, и то, что доступно в конце, всегда меньше, чем было вложено.Несмотря на это, счет кулонов работает хорошо, особенно с литий-ионными батареями, которые обладают высокой эффективностью кулонов и низким саморазрядом. Были внесены улучшения за счет учета старения и саморазряда в зависимости от температуры, но все же рекомендуется периодическая калибровка, чтобы привести «цифровую батарею» в гармонию с «химической батареей». (См. BU-603: Как откалибровать «умную» батарею)

Чтобы преодолеть калибровку, современные датчики уровня топлива используют функцию «обучения», которая оценивает, сколько энергии аккумулятор выдал при предыдущей разрядке.Некоторые системы также соблюдают время зарядки, потому что выцветший аккумулятор заряжается быстрее, чем хороший.

Создатели современных BMS заявляют о высокой точности, но реальная жизнь часто показывает обратное. Большая часть выдумки скрыта за причудливым считыванием. Смартфоны могут показывать 100-процентный заряд, когда батарея заряжена только на 90 процентов. Инженеры-конструкторы говорят, что показания SoC на новых батареях для электромобилей могут отличаться на 15 процентов. Сообщается о случаях, когда у водителей электромобилей заканчивается заряд, а на указателе уровня топлива остается 25-процентное показание SoC.


Импедансная спектроскопия

Состояние заряда батареи также можно оценить с помощью импедансной спектроскопии с использованием комплексного метода моделирования Spectro ™. Это позволяет снимать показания SoC при постоянной паразитной нагрузке 30А. Поляризация напряжения и поверхностный заряд не влияют на показания, поскольку SoC измеряется независимо от напряжения. Это открывает возможности для применения в автомобилестроении, где одни батареи разряжаются дольше других во время тестирования и отладки и нуждаются в зарядке перед транспортировкой.Измерение SoC методом импедансной спектроскопии также можно использовать для систем выравнивания нагрузки, в которых батарея постоянно заряжается и разряжается.

Измерение SoC независимо от напряжения также поддерживает док-станции и выставочные залы. При открытии двери автомобиля возникает паразитная нагрузка около 20 А, которая вызывает возбуждение аккумулятора и искажает измерения SoC на основе напряжения. Метод Spectro ™ помогает отличить разряженную батарею от батареи с подлинным дефектом.

Измерение SoC методом импедансной спектроскопии ограничивается новой батареей с заведомо хорошей емкостью; емкость должна быть прибита и иметь неизменное значение.Хотя показания SoC возможны при постоянной нагрузке, аккумулятор не может заряжаться во время теста.

На рис. 4 показаны результаты испытаний импедансной спектроскопии после снятия паразитной нагрузки 50А с батареи. Как и ожидалось, напряжение разомкнутой клеммы повышается как часть восстановления, но показания Spectro ™ остаются стабильными. Устойчивые результаты SoC также наблюдаются после снятия заряда, когда напряжение нормализуется как часть поляризации.

Рис. 4: Соотношение напряжения и измерений, выполненных методом импедансной спектроскопии после снятия нагрузки.
Аккумулятор восстанавливается после снятия нагрузки. Показания Spectro SoC остаются стабильными при повышении напряжения.

Датчики | Бесплатный полнотекстовый | Разрешение в датчиках QCM для вязкости и плотности жидкостей: применение для свинцово-кислотных аккумуляторов

1. Введение

Свинцово-кислотные батареи являются одними из наиболее распространенных типов батарей, используемых во многих приложениях, таких как электромобили, фотоэлектрические системы, удаленные станции, подводные лодки, системы общей поддержки или телекоммуникационные системы.При таком большом количестве приложений время от времени становится важным знать состояние батареи в режиме реального времени, чтобы оптимизировать работу оборудования или обнаруживать неисправности на ранней стадии. Для определения состояния батареи необходимо контролировать ток, разницу в мощности между клеммами батареи, температуру, состояние заряда (SoC) и состояние здоровья (SoH). SoC — один из наиболее важных параметров, который необходимо знать, поскольку он позволяет улучшить работу, производительность, надежность и срок службы батареи.Превышение пределов заряда, установленных производителем, может сократить срок службы или даже разрушить аккумулятор [1,2].

Кварцевые кварцевые резонаторы — это пьезоэлектрические устройства, которые используются в электронных генераторах для различных целей, поскольку они могут обеспечивать высокоточный синхронизирующий сигнал, основанный на резонансной частоте кварца [3]. Если масса адсорбируется или помещается на поверхность кристалла кварца, резонансная частота и, следовательно, частота колебаний изменяется пропорционально количеству массы.Это свойство широко используется в исследованиях массово адсорбированных газов, что позволяет использовать кварцевые кварцевые генераторы в качестве высокочувствительных микровесов, предназначенных для измерения изменений массы в диапазоне нанограмм путем покрытия кристалла материалом, который является селективным по отношению к интересующим веществам [4] . Эти типы датчиков называются QCM или Quartz Crystal Microbalance. Кроме того, из Канадзавы и Гордона [5] хорошо известно, что, когда кварцевый резонатор находится в контакте с ньютоновской жидкостью, существует линейная зависимость между сдвигом резонансной частоты и квадратным корнем из произведения плотности и вязкости жидкости. :

где Δf — сдвиг основной частоты кристалла кварца из-за изменений в квадрате произведения плотность-вязкость, Δρη, а k — коэффициент чувствительности, определяемый формулой (2):

к = −2.26⋅10−6f03 / 24πHzgcm3poise

(2)

где f 0 — номинальная частота датчика. Таким образом, датчик QCM может использоваться для обнаружения изменений в произведении плотности и вязкости жидкости. Более того, если номинальная частота датчика QCM увеличивается, чувствительность может быть улучшена для измерения изменений произведения плотности и вязкости в тестируемой жидкой среде.

Во время процесса заряда и разряда в свинцово-кислотных аккумуляторах, учитывая, что H 2 SO 4 участвует в электродной реакции, электролит становится более разбавленным во время разряда и повторно концентрируется во время заряда [1].Таким образом, такие параметры, как плотность и вязкость, меняются в зависимости от концентрации кислоты в электролите. Хорошо известно, что вязкость и, следовательно, ρη больше зависит от концентрации серной кислоты, чем от плотности [1]. Следовательно, можно использовать датчик QCM для обнаружения изменений в концентрации кислоты посредством сдвига частоты из-за изменений квадрата произведения плотность-вязкость.

В этой статье описываются характеристики и применение датчика осциллятора Миллера QCM с частотой 9 МГц для мониторинга SoC в реальном времени во время процессов зарядки и разрядки свинцово-кислотных аккумуляторов [6,7].Кроме того, в теоретическом разделе получено новое выражение для предела разрешения, которое может быть достигнуто с помощью датчиков QCM для измерения изменений в произведении плотности и вязкости жидкой нагрузки. Это выражение завершает теорию предела разрешения, ранее опубликованную Родригес-Пардо и др. В [8] на примере датчиков QCM для физических свойств жидкостей.

Основной текст разделен на четыре части. В первом разделе развивается теория разрешения и обсуждаются температурные соображения.Во втором разделе описывается экспериментальная установка: калибровка и определение характеристик датчика с растворами серной кислоты в диапазоне аккумуляторных батарей, тепловые характеристики, самодельный кварцевый держатель для размещения резонатора внутри аккумуляторного элемента и испытания в реальном времени. датчика в процессе заряда и разряда. В третьем разделе описываются результаты и обсуждения, а в четвертом и последнем разделе резюмируются выводы. Будет показано, что датчик способен обнаруживать изменения в SoC батареи около 0.2% с интервалом времени 2 с.

2. Теория

Чтобы охарактеризовать датчик QCM, необходимо определить не только чувствительность, но также стабильность частоты генератора и его разрешение. Стабильность частоты генератора — это его способность поддерживать постоянную частоту выходного сигнала во времени. Изучение частотного шума в генераторах QCM очень важно: оно позволяет определить минимально возможный сдвиг частоты электрического сигнала, который может быть обнаружен из-за изменения массы или жидкости [8].

Для оценки стабильности частоты во временной области необходимо определить дисперсию набора частотных измерений. Обычно для измерения дисперсии используются классические статистические данные, такие как стандартное отклонение или дисперсия. Однако дисперсия работает только со стационарными данными, результаты которых не должны зависеть от времени, а частота генератора обычно нестационарна. По этой причине неклассическая статистика используется для оценки стабильности частоты во временной области. Для нормализации измерений стабильности частоты во временной области IEEE предложил девиацию Аллана уравнения (3) [9].Предел обнаружения генератора может быть оценен с использованием этого уравнения отклонения (4), то есть наименьшего отклонения частоты, которое может быть обнаружено в присутствии шума. Затем разрешение датчика можно получить, используя соотношение между пределом обнаружения и коэффициентом чувствительности Уравнение (5) [8]:

σy2 (m, τ) = 12fo (m − 1) ∑n = 1m − 1 (f¯n + 1 (τ) −f¯n (τ)) 2

(3)

f¯n (τ) = 1τ∫tntn + τf (t) dt

(6)

где f n (τ) (с этого момента f n ) — n-я выборка средней частоты, вычисленной за интервал времени τ, начиная с момента t n Уравнение (6), f o — номинальная частота датчика, m — количество отсчетов, k — коэффициент чувствительности.
2.1. Предел разрешения QCM для измерения ρη

Виг и Уоллс предложили эмпирическую зависимость между наименьшим уровнем шума, создаваемого генератором в вакууме, и добротностью резонатора Q для времени выборки t от 0,1 до 10 с [10]:

σy (τ) мин = 1.0×10-7Q

(7)

Уравнение (7) указывает, что частотный шум уменьшается с увеличением добротности. Для датчиков QCM, работающих в жидкостях, демпфирование резонатора снижает максимально достижимую добротность.На рисунке 1 показана эквивалентная схема резонатора, предложенная Ван Дайком и Баттервортом [11] и модифицированная Мартином и Гранстаффом [12] с учетом массы и нагрузки жидкости.

Когда нет массовой нагрузки, L Q2 = 0. Обычно L Q3 ≪ L Q1 , и в предположении идеального кварца (R Q1 ≈ 0) максимальная добротность резонатора в жидкости равна задается уравнением (8) [8], где c66¯ — постоянная сдвиговой жесткости кварца, а ρ q — плотность кварца:

Qmax≈1f0c66¯ρqπ41ρηQmax⋅fo⋅ρη≈ (7.8×105) гсм2⋅с

(8)

Затем минимально достижимая частота шума, предполагая Q max , увеличивается с увеличением частоты и произведением ρη:

σy (τ) min = 1,28⋅10−13f0ρη

(9)

В этом случае лучший предел обнаружения осциллятора для изменений плотности и вязкости определяется по формуле:

Δfmin = 1,28⋅10−13f03 / 2ρηHZ

(10)

Согласно уравнению (5), наилучшее разрешение вычисляется путем деления минимального предела обнаружения на коэффициент чувствительности k, указанный в уравнении (2).Это приводит к выражению:

Разрешение = 2×10-7ρηgcm3cp

(11)

Уравнение, полученное для разрешения, показывает, что наилучшее разрешение для параметров жидкости (ρη), которое может быть получено с помощью датчика QCM, не зависит от частоты генератора, но зависит от характеристик жидкости.

2.2. Температурные аспекты

Аккумуляторные приложения, работающие в реальном времени, изменяют температуру электролита во время процессов заряда и разряда.Эти изменения вызовут изменения в произведении плотности и вязкости жидкости, что приведет к сдвигу резонансной частоты датчика QCM. Точно так же кварц испытывает частотный резонансный тепловой дрейф, свойственный поведению кристалла [10,13]. Чтобы компенсировать эти два эффекта, необходимо получить температурные коэффициенты датчика QCM [14].

Изменение плотности электролита в свинцово-кислотных аккумуляторах в зависимости от температуры является хорошо известной величиной. Кроме того, уравнения Аррениуса и Пуазейля предсказывают изменение вязкости раствора с температурой.Раствор 40% серной кислоты, соответствующий полностью заряженному аккумулятору, имеет следующие выражения для плотности и вязкости, дрейфующих в зависимости от температуры [15,16]:

Δρ (Т) = — 7,45⋅10-4 (Т-Т0)

(12)

Δη (T) = — 1,53⋅10−5 (T − T0) 3 + 1,02⋅10−3 (T − T0) 2−4,98⋅10−2 (T − T0)

(13)

где T 0 = 25 ° C — эталонная температура. С другой стороны, тепловой дрейф кварцевого резонатора АТ-среза можно выразить как в (14):

Δf (T) f0 = A1 [T − T0] + A2 [T − T0] 2 + A3 [T − T0] 3

(14)

где A 1 , A 2 и A 3 — статические температурные коэффициенты, а T 0 — эталонная температура (обычно T 0 = 25 градусов Цельсия).Некоторые авторы приводят значения температурных коэффициентов АТ-среза кварца [17–20]. Однако предпочтительно оценивать индивидуальные коэффициенты для каждого приложения [21]. В следующем разделе получены тепловые коэффициенты для полностью заряженной батареи.

3. Экспериментальная часть

Самодельный генератор Миллера на 9 МГц использовался в качестве датчика SoC QCM для свинцово-кислотных аккумуляторов [6,7]. Чтобы оценить его экспериментальный коэффициент чувствительности к изменениям произведения плотность-вязкость электролита, калибровка проводилась с кварцевым резонатором, погруженным в растворы серной кислоты, термостатированным на 30 ° С.8 ° C с использованием циркуляционного термостата PolyScience. Температура электронного генератора поддерживалась стабильной на уровне 42 ° C во время калибровки с использованием монитора нагревателя Watlow. Концентрация серной кислоты в растворе изменялась ступенчато от 13% до 40%, что соответствует изменению состояния заряда аккумулятора с 13% до 99%. Для этого в раствор периодически добавляли небольшие количества концентрированной серной кислоты (95%), чтобы смоделировать процесс зарядки аккумулятора. На рис. 2 (а, б) показано используемое оборудование и схема подключения испытательного стенда соответственно.Детали размещения датчика QCM показаны на рисунке 2 (c). Частота генератора и температура раствора контролировались на протяжении всего процесса с временем выборки 2 с. Измерения плотности раствора также проводили для каждого этапа концентрации серной кислоты с помощью прецизионного плотномера Anton Paar DMA-35. Параметры эквивалентной схемы резонатора также измерялись для каждой концентрации анализатором импеданса HP-4194A.

С целью узнать предел обнаружения (т.е., минимальное изменение частоты (Δf), которое можно измерить из-за изменений ρη) было проведено исследование кратковременной устойчивости. Отклонения Аллана для каждой концентрации серной кислоты в растворе рассчитывали по 150 образцам со временем отбора 2 с.

Для получения коэффициентов термокомпенсации датчика SoC QCM был проведен тест с погружением резонатора в 40% раствор серной кислоты. Температуру раствора изменяли между 17 ° C и 25 ° C, а температуру электронного генератора поддерживали стабильной на уровне 42 ° C.Частота колебаний, температура раствора и температура осциллятора отслеживались на протяжении всего процесса с временем выборки 2 с. Используя уравнения изменения плотности и вязкости раствора в зависимости от температуры (уравнения (12) и (13)) и уравнения Канадзавы и Гордона для изменения частоты с квадратным корнем из произведения плотность-вязкость (уравнения (1) и ( 2)) для номинальной частоты 9 МГц была определена часть сдвига частоты из-за вклада температуры в произведение плотность-вязкость раствора:

Δfρη (T) = 4.92 × 10−6 (T − T0) 3−4,33 × 10−4 (T − T0) 2 + 3,19 × 10−2 (T − T0)

(15)

На рисунке 3 показано изменение частоты, полученное во время теплового испытания (Δf QCM ), и изменение частоты после компенсации изменения квадратного корня из произведения плотность-вязкость с температурой с использованием уравнения (15):

Δf (T) = ΔfQCM − Δfρη (T)

(16)

Используя кривую Δf (T) на рисунке 3, были получены термические коэффициенты для кварца в электролите (уравнение (14)):

А1 = 3.7 × 10−61 ° CA2 = 198 × 10−91 (° C) 2A2 = 12900 × 10−121 (° C) 3

(17)

Позже датчик был протестирован внутри свинцово-кислотного аккумулятора. Необходимо было разработать держатель подходящей формы, чтобы поместить кристалл кварца внутрь ячейки через вентиляционные отверстия в верхней части батареи (рис. 4 (a, b)). Этот держатель включает в себя воздушную камеру для обеспечения колебаний кристалла (рис. 4 (c)). Кроме того, для защиты держателя и кристалла кварца использовалось изоляционное покрытие, за исключением поверхности, контактирующей с электролитом батареи.Изоляционное покрытие предназначено для обеспечения электроизоляции и гидроизоляции.

Исследование кратковременной стабильности проводилось с датчиком внутри батареи, учитывая, что условия эксплуатации кварца отличаются от условий контролируемого испытания с растворами серной кислоты. Внутри батареи окружающая среда может быть мутной из-за взвешенных частиц. Это может вызвать нестабильность датчика. Чтобы оценить этот и любой другой эффект, который может создавать частотный шум, желательно знать разрешение датчика внутри батареи.Кроме того, после термокомпенсации интересно узнать частотный шум. Резонатор был помещен внутри аккумуляторного элемента в верхней части аккумулятора с SoC 99% (Рисунок 5). Температура электронного генератора поддерживалась постоянной на уровне 42 ° C, но электролит находился при комнатной температуре (температуре батареи). Частота колебаний, температура электролита и температура электронного генератора измерялись каждые 2 с в течение четырех дней. Была проведена температурная компенсация, а также определены отклонение Аллана и разрешение в реальных условиях применения датчика SoC QCM.

Наконец, датчик был протестирован в процессе зарядки и разрядки в реальном времени. Зарядка и разрядка проводились с кварцем внутри батареи. И снова частота колебаний, температура генератора и температура батареи контролировались каждые 2 с, и была проведена температурная компенсация измеренной частоты, чтобы получить изменение произведения плотность-вязкость в батарее и, следовательно, изменение SoC со временем в процессах зарядки и разрядки.Кроме того, плотность электролита периодически измерялась прецизионным плотномером Anton Paar DMA-35, чтобы проверить хорошую корреляцию между измерениями SoC и QCM.

4. Результаты и обсуждение

4.1. Калибровка в серных растворах. Чувствительность, частотный шум и разрешение

Что касается калибровки с серными растворами, на рисунке 6 показаны как изменения частоты при добавлении концентрированной кислоты, так и температура жидкости. Частота имеет несколько возрастающих пиков, которые соответствуют добавлению чистой кислоты.Это действие вызывает экзотермическую реакцию, частота которой зависит от увеличения температуры. Через несколько минут температура жидкости возвращается к своему стабильному значению (30,8 ° C), а частотный сдвиг зависит только от квадратного корня из произведения плотность-вязкость. Взяв значения измерений частоты и плотности в областях, где температура снова становится постоянной (линейные зоны ступеней частоты на рисунке 6), был получен калибровочный график на рисунке 7 и экспериментальная чувствительность Кэксперименталь = Δf / Δρη −2.Для этого сенсора было определено значение 2 кГц / гсм3cp. Теоретический коэффициент чувствительности, рассчитанный по уравнению (2), составляет Kтеоретическая = −1,7 кГц / г · см3cp.

В таблице 1 представлены экспериментальный коэффициент качества, отклонение Аллана, предел обнаружения и разрешение, полученные для каждой пары. обозначены ρη (каждый шаг частоты на рисунке 6). Эти результаты показывают, что шум выше минимально достижимого с использованием уравнения (9), возможно, из-за проблем со схемой. Разрешение немного уменьшается, когда ρη увеличивается, потому что добротность и, следовательно, склонность к шуму возрастают с увеличением ρη, как ожидалось для данной номинальной частоты.Рисунки 8 и 9 демонстрируют эту тенденцию. Наибольшее значение отклонения Аллана (8,8 × 10 -8 ) представляет наихудший случай. В этой ситуации коэффициент качества эксперимента Q exp составляет 1279, а разрешение 4,6⋅10−4gcm3cp может быть достигнуто. При таком разрешении датчик QCM может обнаруживать изменения SoC в батарее примерно на 0,1% с интервалом измерения 2 с.

4.2. Датчик QCM в свинцово-кислотной батарее. Разрешение «на месте» и измерения SoC в процессах заряда и разряда

На рисунке 10 показана частота колебаний датчика с кварцевым резонатором, помещенным внутри полностью заряженной батареи (40% серная кислота), и температура электролита (батарея при комнатная температура).На рисунке 11 показаны значения частоты, полученные после температурной компенсации с использованием уравнений (14) — (17) и девиации Аллана для времени усреднения от 1 до 30 с. Наихудшее значение Аллана составляет 1,6 × 10 −7 , поэтому значение разрешения равно 8,5 × 10−4 г / см3cp. Если мы сравним эти значения шума «на месте» со значениями, полученными при калибровке с серными растворами (Таблица 1), можно сделать вывод, что частотный шум немного увеличивается, когда резонатор помещается внутри аккумуляторного элемента, возможно, из-за температурной компенсации.Однако при таком разрешении изменения в SoC все еще могут быть обнаружены на уровне около 0,2% с интервалом времени 2 с.

Что касается испытаний в процессах заряда и разряда в реальном времени, то на рисунках 12–15 показаны результаты испытаний. На рисунке 12 показаны частота колебаний и температура аккумулятора во время пробной зарядки. На рисунке 13 показаны значения частоты после температурной компенсации по уравнениям (14) — (17). После температурной компенсации частота колебаний зависит только от изменения произведения вязкость-плотность из-за сдвига SoC в соответствии с уравнением (1).Сдвиг Измерение ρη датчиком QCM также показано на рисунке 13. Датчик демонстрирует ожидаемую тенденцию процесса заряда в свинцово-кислотных аккумуляторах: в верхней части аккумулятора из-за расслоения электролита плотность и вязкость не увеличиваются. их значения значительно до тех пор, пока процесс заряда не продвинется вперед и не возникнет пузырение [2,22].

В процессе разряда расслоение отсутствует, а плотность-вязкость изменяется линейно в зависимости от состояния заряда.На рисунке 14 показаны частота колебаний и температура аккумулятора во время пробного разряда. На рисунке 15 значения частоты после температурной компенсации по уравнениям (14) — (17) и разрешенные значения для ρη проиллюстрированы.

Важным аспектом является устойчивость датчика к химическому воздействию серной кислоты, содержащейся в электролите батареи. Была изучена доступная литература по химической стойкости материалов, которые должны были контактировать с электролитом: кварц, золото (электроды кристалла) и силикон (изоляционное покрытие подложки).Держатель кристалла кварца не контактирует с кислотой (он покрыт силиконом). Было обнаружено, что эти материалы невосприимчивы к кислотной атаке. Однако оставалось неясным влияние кислоты на хром, используемый в качестве адгезионного слоя для золотых электродов. Чтобы узнать это, резонатор QCM был погружен в аккумуляторную батарею на семь месяцев. По окончании испытаний были проведены пассивные измерения параметров схемы замещения кварцевого резонатора. В таблице 2 показаны измерения, сделанные до начала испытаний, и после того, как датчик находился внутри батареи в течение семи месяцев.В обоих случаях измерения проводились при установке кристалла в самодельную подставку. На основании этих результатов можно считать, что концентрация серной кислоты в электролите не является агрессивной для датчика. Хотя R меняет свое значение (8,88–11,05 Ом), это изменение незначительно и может быть связано с тем, что условия очистки кварца не одинаковы до и после погружения датчика внутрь батареи. Перед тем, как вставить датчик в батарею, кварц был тщательно очищен ацетоном и дистиллированной водой.Затем наносится изоляционный силикон, и когда он высыхает, измеряются электрические параметры датчика. После семи месяцев погружения в батарею датчик снимается и тщательно очищается, но только дистиллированной водой. Ацетон не используется, чтобы избежать химического воздействия на силикон, поэтому может оказаться, что кристалл имеет некоторую примесь на электроде при повторном измерении электрических параметров датчика. Также может быть небольшое старение датчика.

4.Выводы

Разработан датчик QCM высокого разрешения для контроля состояния заряда свинцово-кислотных аккумуляторов. Калибровка сенсора проводилась в растворах серной кислоты с концентрациями в диапазоне циклов заряда-разряда. Был определен частотный шум, показывающий, что существует корреляция между шумом и ρη. Тепловые испытания кварцевого резонатора в жидкой среде были проведены с целью разработки датчика QCM с температурной компенсацией, который позволяет избежать изменений в отклике датчика из-за обычных колебаний температуры электролита, которые происходят в процессах заряда и разряда батареи.Таким образом, была получена зависимость между сдвигом частоты и изменением квадратного корня из произведения плотность-вязкость электролита из-за температуры для полностью заряженной батареи. Также были получены коэффициенты температурной компенсации кварца, погруженного в электролит полностью заряженной батареи. Тепловая компенсация двух эффектов была успешно применена. Кроме того, разработанный датчик был экспериментально охарактеризован в батарее, и было обнаружено, что он способен обнаруживать изменения концентрации серной кислоты в электролите посредством изменения квадрата зависимости плотности от вязкости продукта с разрешением 8.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *