JPH02223154A

JPH02223154A - 標準電池

Info

Publication number: JPH02223154A
Application number: JP28095588A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Shimazaki; 島崎　一己; Katsunori Shinoda; 信太　克規
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1988-11-07
Filing date: 1988-11-07
Publication date: 1990-09-05
Also published as: JPH054784B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野１本発明は標準電池に関し、特に高感度で起電力を測定す
ることができ、かつ高精度の電圧標準が得られる標準電
池に関するものである。

［従来の技術］わが国の電圧単位の国家標準は、１９７６年末までこの
Ｈ字型標準電池ではＨｇに対するＣｄの重量比がｌＯ〜
１２．５％であり、この電池の酸性度は０．０３〜０．
０５Ｎである。Ｃｄ電池の陰極に他種の金属が混合され
た複合アマルガム電極を用いると、起電力とその温度係
数の異なる電池が得られ、Ｓｎ、　Ｐｂあるいは８１を
Ｃｄに混合することが行なわれている。ここでＳｎまた
はｐｂを添加することにより温度係数を低下させること
ができるが、その温度係数はいず字型標準電池と略記す
る）、白金を正負両極に接触させ、ついで白金に導線を
接続して、容器壁を通して外側に出す。第９図において
寸法はｄ、＝：１０＋ａａ＋、　ｄ、＝　１６ｍｍ、λ
４＝３０ａｍである。Ｈ字型標準電池は、飽和型にあっ
てはｅ　Ｃｄ　７’　マ）Ｌ／　Ｎ　ム／　［：ｄＳＯｎ　
・８７３８２０／Ｃｄ５Ｏｓ　（飽和液）Ｎｇ２ＳＯ４
（ヘースト状）　／Ｈｇ　（１３のような組成物構成と
なっている。

近年、ジョセフソン効果に基づくジョセフソン電圧標準
装置によって安定な標準電圧が精密に、かつ再現性良く
得られるようになったので、１９７７年１月１日以降、
わが国の電圧単位の国家標準はジョセフソン電圧標準装
置によって確立・維持されるように改められた。特に、
ジョセフソン電圧標準の関係では、その精度の実証のた
めに、標準電池の起電力が１Ｏ−６台まで安定化される
ことが強く望まれる。

上述した従来のＨ字型標準電池は起電力は２０℃におい
て一４０μＶ／に、３０℃において一５７μＶ／にの温
度係数をもつので、Ｈ字型標準電池の温度制御は重要な
課題となっている。特に単極の温度係数はＨ字型標準電
池の温度係数よりも一桁大きいので、陰極と陽極間に０
．１℃の温度差があると、Ｈ字型標準電池の保管用の油
槽が一定温度内に制御このため、標準電池は温度を一定
かつ均一に保つために恒温油槽内に収める。この油槽内
では白金測温抵抗体をセンサとして、温度を２０±０．
０２℃に制御されたパラフィン油を循環させている。そ
して、Ｈ字型の両極間および各電池間の温度分布を一様
にするために、多くの穴があけられたアルミニウム・ブ
ロックが油槽内に沈められており、各電池は全体をこれ
らの穴に挿入されている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述した従来のＨ字型標準電池において
は、両極間の最近接距離が約３０ｍｍであるため、保管
用の油槽の温度分布の不均一な場所にＨ字型標準電池を
入れて起電力を測定すると、起電力がばらついて測定に
長時間かかり、正確な起電力が得られないという重大な
問題点があフた。

そこで、本発明の目的は、上述した問題点を解消し、油
槽内の温度分布の影響を低減すると共に、起電力の測定
に時間がかからず、正確で安定度の良い標準電池を提供
することにある。

［課題を解決するための手段」このような目的を達成するために、本発明の第１の形態
は、一端が閉じられ、陽極が充填された中空円筒状の陽
極部材と、陽極部材と近接し、端が閉じられ、陰極が充
填された中空円筒状の陰極部材と、陰極部材の他端およ
び陰極部材の他端に結合し、かつ電解液が充填された中
空部材とを具備したことを特徴とする。

本発明の第２の形態は、一端が閉じられ、陽極が充填さ
れた半円筒状の中空の陽極部材と、陽極部材と円筒状を
形成するように近接し、一端が閉じられ、陰極が充填さ
れた半円筒状の中空の陰極部材と、陽極部材の他端およ
び陰極部材の他端に結合し、かつ電解液が充填された中
空部材とを具備していることを特徴とする。

るｍ準電池の一実施例の外観を示す側面図および上面図
である。第１図は円筒状の陽極容器と円筒状の陰極容器
とを一体的に近接させたものであり、２本の円筒状容器
の他端は結合している。陽極容器と陰極容器との最近接
距離は約１ｍｍである。同図において、ｄ、冨２０ｍ（
ｄ２÷３１ｍ■、ｄ、＝ＩＳｍｍ、　　ｆｔ、　　ｚ４
２鳳鳳、およびｊ！ｚ−９７烏謹である。

［作　用］本発明によれば、標準電池の陽極と陰極はほとんど近接
しているので、恒温油禮内に電池を収納した場合、両極
間の温度差を小さくすることができるため、高精度の起
電力の測定が容易にでき、且つ安定した起電力が得られ
る。

［実施例］以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ本発明に係状の
容器の他端は結合している。半円筒容器の間には、容器
の強度を強めるために厚さ２ｍｍの隔離板が挿入されて
いる。第２図において、ｄ４＝３０ｍｍであり、第１図
と同一符号については長さを省略した。容器としてはガ
ラス容器、プラスチック容器、陶磁器等が考えられるが
、アルカリその他の組成物質の溶出の少ないガラス容器
が好ましい。

組成物構成としては、第１図および第２図において、水
銀を陽極、カドミウムアマルガムを陰極、硫酸第一水銀
を減極剤、０．０３〜０．０５Ｎの硫酸酸性カドミウム
溶液を電解液とし、飽和型にあっては８／３の結晶水を
もつ硫酸カドミウム（ＣｄＳＯ４・８／３Ｈ２０）を過
剰に加えたものとする。カドミウムアルマガムと他に、
１０〜１２．５％のＣｄアマルガムに約５〜１２％程度
のｐｂを混合させた複合アマルガム電のようにして得ら
れた１０％Ｃｄアマルガムを蒸留水を用いてよく洗浄し
、乾燥させたのち、純度９９．９９９９％の粒状Ｐｂを
水銀に対する重量比で５％加える。これを良く混合し、
７６℃で加熱すると約１０％Ｃｄと５％ｐｂの混合アマ
ルガムが得られるから、これを再び蒸留水を用いて洗浄
したのち、所定の場所に注入する。他種アマルガム、例
えば、複合アマルガム電池の製法について述べる０例え
ば１０％Ｃｄ−５％Ｐｂ１合アマルガム電極の製作手順
は陽極としてＣｄ％陰極としてＨｇを用い、かつ電解液
としてＣ（ｌｓＯ，Ｉ（１％溶液＋）ｌ、５０４を用い
て電気分解法により１０％Ｃｄアマルガムを作る。　Ｃ
ｄに対するＨｇの重量比は原料Ｈｇおよび生成したＣｄ
アマルガムの重量によって決定し、もしＣｄが不足して
いるならば再び電気分解を行い、Ｈｇが不足しているな
らばＨｇを補充して１０％になるように調整する。こ池
を円筒型電池と命名し、第２図に示した構成の電池を円
筒隔壁型電池と命名する。

電池の特性を調べるためにまず内部抵抗を第３図に示す
ような回路を用いて測定する。同図において、Ｓは基準
電池、Ｘは試料電池であり、５Ｍはスイッチである。Ｘ
に抵抗値１０ＭΩの抵抗器Ｒを接続して、３分間放電さ
せる。放電電流をＩ、放電前および放電中の電池の端子
電圧もそれぞれＥ。

およびＥ２とすると、内部抵抗Ｒｃは次式で与えられる
。

Ｒ，Ｅ・−Ｅ・ ■ ただし −一である、ここで、端子電圧は零検出器を用いて測定する
。

型標準電池、３はサーミスタ、４は円筒隔壁型電池１と
Ｈ字型標準電池２を収納する被測定標準電池用油槽、５
は温度測定器（分解能：　０．０１℃）、６は記録計、
７は標準電池、８は標準電池７を収納する標準電池用恒
温槽、９はスイッチ、１０は零検出器（リーズＬ＆Ｎ社
製二分解能０．Ｏ１μＶ）である。

電池とＨ字型標準電池の起電力の時間変化を示す図であ
る０図かられかるように、Ｎ４図（Ａ）に示した円筒隔
壁型の起電力の測定時の感度は良好であることがわかる
。

次にＨ字型標準電池と円筒隔壁型電池について、起電力
の差と温度差とを測定するための構成例のブロック図を
第５図に示す。

同図において、１は円筒隔壁型電池、２はＨ字と陰極に
密着させる。これによって、Ｈ字型標準電池２の両電極
間の温度差と、円筒隔壁型電池１とＨ字型標準電池２の
陽極との間の温度差とを温度計測定器５で測定し、記録
計６に記録することができる。

一方、別の標準電池用恒温槽８に収納された標準電池７
の一定の起電力と被測定標準電池用油槽４に収納された
２種類の標準電池の起電力の差をスイッチ９を介して、
零検出器１０を用いて測定し、記録計６に記録する。

第６図（＾）および（Ｂ）は、それぞれ上述の方法で測
定した円筒隔壁型電池とＨ字型標準電池の起電力の時間
変化を示す、第６図（＾）に示した円筒隔壁型電池の起
電力は被測定標準電池用油槽４の０．０１℃の温度変化
に対して、起電力の変化が±０．０３μＶ以内で安定し
ているのに対して、第６電池について、′ｓ３図に示し
た回路を用いて内部抵抗値を測定し、ＪＩＳＣ１０２１
に準じて起電力とその温度係数を測定し、かつ安定度試
験を実施した。

得られた結果を第宜表に示す。

第１表かられかるように、円筒隔壁型電池の内部抵抗値
は２８１ＪΩであり、円筒型電池およびＨ字型標準電池
のほぼ半分の値を示している。

方、円筒型電池の諸特性は従来のＨ字型標準電池とほぼ
同様の値を示しているので、円筒型電池は標準電池とし
て十分に使用できることを示している。また、円筒型電
池は円筒隔壁型電池と同様に第８図（＾）および（Ｂ）
は、それぞれ電極の断面積が等しい時のＨ字型標準電池
の断面図および円筒隔壁型電池の断面図である。

第８図の実線は従来のＨ字型標準電池の断面図であり、
電極の直径は１５ｇｖであり、両電極間の最近接距離は
３０＋ｕ＋である。第８図（＾）の点線はＨ字型標準電
池の画電極の断面積と等しい時の円筒隔確かめられた。

その結果、油槽内の周囲温度分布の影響を低減すること
が可能となり、精度良い起電力を得ることができた。

第７図に内部抵抗値と電極の断面積との関係を示す。同
図から明らかなように内部抵抗値は電極の断面積に対し
てほぼ直線的に減少している。円筒隔壁型電池の内部抵
抗値は、約２６０Ωであり、円筒型電池およびＨ字型標
準電池の内部抵抗値よりも低い値を示している。

面積とが等しい時のＨ字型標準電池の断面図であり、両
電極間の最近接距離は３０ｍｍである。

図から見てとれるように、電極の断面積が同じ場合、円
筒隔壁型電池の方がＨ字型標準電池よりもはるかにコン
パクトにできることは明らかである。これにより電池を
収納する油槽の大きさを小さくすることができるので、
コスト安となる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、従来のＨ字型標
準電池とは違って、両電極間の温度差が生じても起電力
のばらつきがなく、起電力の測定に長時間を要すること
なく、起電力を高精度に測定することができ、起電力の
安定度も良い。

本発明によれば、両極間の温度差が小さくなる第３図は
内部抵抗値を測定するための回路を示す回路図、第４図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、円筒隔壁型電
池とＨ字型標準電池の内部抵抗値の時間変化を示す図、第５図は、基準電池と円筒隔壁型電池の起電力の差およ
び温度差を測定するための構成例を示す

【図面の簡単な説明】

第１図（＾）および（Ｂ）は、それぞれ本発明の標準電
池の外観を示す一実施例の側面図および上面図、第２図（＾）および（Ｂ）は、それぞれ、本発明の標準
電池の外観を示す他の実施例の側面図および上面図、の温度変化を示す図、第７図は、内部抵抗値と電極の断面積との関係を示す特
性図、第８図（Ａ）および（Ｂ）は、電極の断面積が等しい時
のＨ字型標準電池の断面図と円筒隔壁型電池の断面図、第９図（＾）および（Ｂ）は、それぞれ従来のＨ字型標
準電池の側面図および上面図である。１・・・円筒隔壁型電池、２・・・Ｈ字型標準電池、３・・・サーミスタ、４・・・被測定標準電池用油槽、５・・・温度差測定器、６・・・記録計、７・・・基準電池、８・・・基準電池用恒温槽、９・・・スイッチ、ｌＯ・・・零検出器。 □時開一一一◆ｇ今闇第　６図（＋）第図

Claims

【特許請求の範囲】１）一端が閉じられ、陽極が充填された中空円筒状の陽
極部材と、該陽極部材と近接し、一端が閉じられ、陰極が充填され
た中空円筒状の陰極部材と、前記陰極部材の他端および前記陰極部材の他端に結合し
、かつ電解液が充填された中空部材とを具備したことを
特徴とする標準電池。２）一端が閉じられ、陽極が充填された半円筒状の中空
の陽極部材と、該陽極部材と円筒状を形成するように近接し、一端が閉
じられ、陰極が充填された半円筒状の中空の陰極部材と
、前記陽極部材の他端および前記陰極部材の他端に結合し
、かつ電解液が充填された中空部材とを具備しているこ
とを特徴とする標準電池。