Elementul normal al lui Weston — Standard de stres și referință de stres în metrologie

Principalul și singurul tip eșantion de măsurători EMF în prezent, sunt elemente normale, saturate și nesaturate (așa-numitul cadmiu).

Cele mai comune articole „normale” sunt:

• elementul mercur-cadmiu al lui Weston;

• amalgam mercur-zinc element Clark;

• Rutin zinc element normal.

Primul element saturat normal a fost creat de chimistul american Edward Weston (1850 — 1936). În 1908 aceste elemente au fost adoptate pentru utilizare în scopuri metrologice.

O celulă saturată normală constă dintr-o carcasă de sticlă în formă de H umplută cu anumite substanțe în interior, etanșată la capetele superioare și cu fire de platină lipite la partea inferioară a fiecărui electrod de ramificație.

Diagrama elementelor normale de Edward Weston

Ramura „pozitivă”, care are două constricții în partea inferioară, are următoarea umplutură: 1 — mercur (până la prima constricție); 2 — pastă depolarizantă formată dintr-un amestec de cristale zdrobite de sulfat de cadmiu CdSO4 8/332O și sulfat de mercur Hg2SC4; 3 — cristale de sulfat de cadmiu.

Ramura „negativă” are o umplutură: 4 - amalgam de cadmiu (12% cadmiu, 88% mercur) și 3' - cristale de sulfat de cadmiu, ca la ramura pozitivă.

Părțile mijlocii ale celor două ramuri sunt umplute cu o soluție apoasă saturată de sulfat de cadmiu - 5.

Îngustările realizate în părțile inferioare ale celor două ramuri ale vasului servesc la prevenirea amestecării părților constitutive ale umpluturii elementului în cazul scuturării acestuia.

Cu respectarea strictă a tehnologiei de producție consacrate, se pot obține elemente normale (saturate) cu un grad ridicat de uniformitate în ceea ce privește proprietățile lor de măsurare.

Valorile EMF ale elementelor Weston normale se încadrează în limite foarte înguste - de la aproximativ 1,0185 V la 1,0187 V la o temperatură a elementului egală cu + 20 ° C, adică discrepanța în EMF a elementelor individuale nu depășește 200 μV.

O proprietate foarte importantă a celulelor Weston normale este stabilitatea ridicată a valorii EMF a fiecărei celule individuale în condiții adecvate de depozitare și utilizare. Valoarea EMF a unui element normal poate rămâne neschimbată mulți ani cu o precizie de câteva zeci de microvolți.

Valoarea EMF a unui element normal este destul de puternică, dar depinde în mod natural de temperatură.

Elementele saturate normale au o rezistență internă de 500 — 1000 Ohm și în niciun caz nu trebuie încărcate cu un curent mai mare de 1 μA, altfel valoarea EMF lor poate deveni instabilă.

Este imposibil, de exemplu, să se măsoare EMF al unui element normal folosind un voltmetru, deoarece acesta din urmă ar trebui să aibă o rezistență internă de cel puțin câțiva megaohmi. Când conectați un voltmetru cu o rezistență mai mică, elementul normal va eșua.

Elementele normale nesaturate din structura lor diferă de cele saturate în principal doar prin aceea că, la temperaturi de peste + 4 ° C, soluția de sulfat de cadmiu din ele este nesaturată, cristalele libere sunt absente.

De asemenea, întrucât elementele nesaturate sunt destinate în principal contoarelor portabile, în interiorul cutiei de sticlă se introduc dopuri subțiri în apropierea suprafețelor amalgamului de cadmiu într-o ramură și pasta depolarizantă în cealaltă ramură. Datorita porozitatii lor, aceste dopuri nu impiedica procesele electrolitice din celula si in acelasi timp impiedica amestecarea componentelor celulei, chiar si atunci cand celula este inversata.

Elementele nesaturate diferă de elementele saturate prin proprietățile lor de măsurare:

• dependență semnificativ mai scăzută de temperatură a EMF, doar 2 — 3 μV la 1 ° C, adică 15 — 20 de ori mai puțin decât cel al elementelor saturate, care este principalul lor avantaj;

• valoare puțin mai mare a EMF: 1,0185 — 1,0195 V la 20 ° C și rezistență internă mai mică;

• stabilitate mult mai scăzută a EMF, mai ales în condițiile utilizării lor regulate;

• sarcină de curent admisibilă mai mare — până la 10 μA — datorită cerințelor mai mici pentru acuratețea reproducerii valorii EMF.

Conform GOST, elementele saturate sunt produse în două clase - I și II, elementele nesaturate sunt produse ca elemente de clasa III.

Elementele de clasa I ar trebui să fie închise în carcase metalice perforate și lăsate să fie scufundate în băi umplute cu ulei de transformator uscat pentru a egaliza temperatura ramurilor elementului.

Articolele din clasa II trebuie să fie închise în carcase din lemn sau plastic și să permită măsurarea temperaturii din interiorul carcasei cu un termometru.

Elementele nesaturate de clasa a III-a vor fi închise în carcase din plastic sau metal de formă specială, cu un aranjament special de șuruburi de strângere adaptate pentru montarea acestor elemente în instrumente și instrumente de măsură portabile sau staționare.

În plus față de precauțiile de mai sus necesare atunci când se utilizează elemente normale de Clasa I și II, trebuie respectate o serie de alte condiții; nu le mutați din loc în loc și nu le supuneți la impact, răsturnare, nu le folosiți mai devreme de câteva zile după transport sau după fluctuații bruște de temperatură.

În timpul funcționării, elementele normale Weston trebuie să fie deosebit de protejate de încălzirea sau răcirea neuniformă a ramurilor lor - sub influența razelor solare, a încălzitoarelor din apropiere sau a ferestrelor reci iarna.