アルカリ電池のノイズは温度によって異なります

9Vアルカリ電池を抵抗ブリッジに接続して、いくつかのアナログチャネルへの電圧を下げました。私は全温度範囲でアナログチャネルをテストしていましたが、10C未満になると、バッテリー電圧ノイズが> 1uVから10 mVになっていることに気付きました。電池は安定した供給源だといつも思っていたので、アナログ電子機器のチェックを始めました。

このノイズまたはそれが始まる温度を誰かが特徴付けましたか？
それはどこから来たのですか（どの物理的プロセス）？
これはすべてのバッテリーの化学物質に適用されますか？（すべてのバッテリータイプが低温で騒々しくなりますか？）

編集-その他のもの：
これは機械的なものではなく、テストエンジニアであり、私は除外しました。電子機器は同じ温度ではなく、バッテリーから電力が供給されていません。バッテリーは参考です。私たちが使用しているセンサーには、通常、アナログ電子機器が接続されている温度まで低下しますが、通常のセンサーではノイズの問題はありません。バッテリーから異音が聞こえる

編集-最後の言葉：たくさんのコメントを読む必要がないので、結果をここに投稿します。今朝目が覚めたとき、私は数人のユーザーの評議会に耳を傾け、機械的な設定を再確認すると思いました。私は技術者が物事を見渡し、鉛フリーではなく鉛はんだではんだ接合をやり直すことを提案しました。それがうまくいった後、私は一時的に1uV未満のノイズが落ちました。メカニカルについてのコメントを聞かなかったことをお詫びします。

温度によるノイズの変動が物質の基本的な特性であることを考えると、すべてのもの（アルカリ電池を含む）は温度に比例したノイズを持ちます。すべての抵抗には熱ノイズがあり、すべてのバッテリーには抵抗があり、それらのノイズは多かれ少なかれその内部抵抗からのものです。バッテリー（または抵抗器）の電圧ノイズは次のとおりです：

ここで、hはプランク定数、fは周波数、Rはセルまたはセルの内部抵抗、∆vは帯域幅、kはボルツマン定数、Tはケルビン単位の温度です。ご覧のように、温度を下げるとノイズが減少します。これはすべてに当てはまります。ここでは、バッテリー特有のことは何も起こりません。このノイズは、ジョンソンナイキストノイズと呼ばれます。

どの化学物質が最もノイズが少ないかについては、理論上意味のある違いはありません。実際には、ニッケルカドミウム電池は最も低い電圧ノイズを持っています。ただし、これは純粋にその化学物質の内部抵抗も最も低いためです。前の式からわかるように、抵抗を下げるとノイズが全体的に低下します。アルカリ電池は比較的高い内部抵抗を持っているので、それらが化学物質として騒々しいであろうことは驚くことではありません。これは、セルサイズがセルの化学的性質と同様に電圧ノイズにとって重要であることを意味することに注意してください。セルが大きいほど内部抵抗が低くなるため、ノイズも低くなります。

しかし、私の言葉を信じないでください。 NISTを取ります。 彼らは電池のノイズについて調査を行い、その論文には好奇心旺盛な人のための素晴らしいグラフがありますが、熱力学的に制限されたノイズフロアまでのかなりの測定の結果、電池電圧ノイズは基本的にセルの内部抵抗から予想されるジョンソンナイキスト熱ノイズが予想されます。

編集：おっと、私は質問全体が十分に冷えたらノイズが増加することについてだったことを忘れていました。バッテリーの内部抵抗は、低温になると増加し、高温になると減少します。このメカニズムは本質的に化学物質であり、同じ化学物質の構造によって異なる可能性があります。一般的に、温度は内部抵抗を大幅に増加させる可能性があります十分に冷えたら。内部抵抗は、最終的には化学反応が発生する速度によって決まります。また、バッテリーが冷たければ反応は遅くなります。セルまたは化学物質の内部抵抗対温度を確認することは安全な賭けです。これは、セルを維持するために必要な暖かさの良い考えを与えるはずです。ノイズが最も低い「スイートスポット」になるでしょう。暖かくなり、温度が高くなると内部抵抗が減少し、寒くなり、内部抵抗が増加します。

EDIT2： アルカリ電池の内部抵抗が2倍（または少なくともAA電池）になり、20度から10度になります。これは、数桁のノイズの増加に対応するには小さすぎます。

ごめんなさい。変なことが起こっています。熱電対の影響でしょうか？

バッテリーにはノイズがあります。それは、ESRの熱ノイズであり、ほとんどの場合、他のノイズ源よりも少ないです。ここで見逃されているのは、非常に短い温度範囲で、ノイズレベルが3〜4桁跳ね上がることです。詳細については、@ metacollinsの回答を参照してください。

電気化学方程式が与えられたとしても、これは予想よりもはるかに大きな効果です。アレニウスの式などを参照してください。これが発生するということは、システムの活性化エネルギーが室温で0.026 eVに近いことを意味します。

私の不思議な感覚は、これが構造の影響によるバッテリーの物理的な変化かもしれないと私に話します。バッテリーがグラニュラー構造で作られている場合、セルが収縮するため、セルを通る非常に異なる伝導経路があり、セル内の応力/ひずみによりセルの抵抗が急激に変化します。

この仮説が正しい場合、増加したノイズレベルは、その周波数スペクトルでコンポーネントのようなフリッカー（つまり、1 / fノイズの振る舞い）を持っていると予想されます。粒子の境界を横切る長い伝導経路には、通常、この種の特徴があります。

さらに、温度による抵抗の細胞変化を測定できるはずです。

もちろん、これが生産設計である場合は、これが再現可能であることを確認し、BOMのパラメーターとしてこれを指定する必要があります。

私の推測が正しい場合、これは実際には1つの不良セルにすぎない可能性があります。

ノイズは、実際にはバッテリー自体ではなく、回路のVCCラインから発生する可能性が高くなります。バッテリーのインピーダンスが増加すると、グラウンドへの元の低インピーダンスパス（バッテリーを介して）がなくなるため、VCCノイズがより一般的になります。これは、バッテリーにインラインでより高い抵抗を配置するようなものです。ノイズを低減するために、適度な値のセラミック（1uf程度）をバッテリー全体またはPCBバッテリー接続ポイントに直接配置できます。これにより、VCCから見た実効バッテリーインピーダンスが低下し、高周波ノイズが減少します。ノイズの周波数が低い場合は、セラミックキャップと並列に電解キャップを追加することもできます。冷たいバッテリーまたは部分的に消耗したバッテリーは、増加した直列インピーダンスを示すことがあります。