Westonov normalni element — etalon naprezanja i referenca naprezanja u mjeriteljstvu

Glavni i jedini tip uzorak EMF mjera trenutno su to normalni elementi, zasićeni i nezasićeni (tzv. kadmij).

Najčešći "normalni" predmeti su:

• Westonov element žive i kadmija;

• amalgam živa-cink Clark element;

• Rutin cink normalni element.

Prvi normalni zasićeni element stvorio je američki kemičar Edward Weston (1850.-1936.). Godine 1908. ti su elementi usvojeni za uporabu u mjeriteljske svrhe.

Normalna zasićena ćelija sastoji se od staklene ljuske u obliku slova H ispunjene određenim tvarima iznutra, zapečaćene na gornjim krajevima i sa platinastim žicama zalemljenim na dno svake od njenih granatih elektroda.

Dijagram normalnih elemenata Edwarda Westona

"Pozitivna" grana, koja u donjem dijelu ima dva suženja, ima sljedeće punjenje: 1 — živa (do prvog suženja); 2 — depolarizirajuća pasta koja se sastoji od mješavine zdrobljenih kristala kadmij sulfata CdSO4 8/332O i živinog sulfata Hg2SC4; 3 — kristali kadmijeva sulfata.

"Negativna" grana ima ispunu: 4 - kadmijev amalgam (12% kadmija, 88% žive) i 3 ' - kristali kadmij sulfata, kao u pozitivnoj grani.

Srednji dijelovi dviju grana napunjeni su zasićenom vodenom otopinom kadmij sulfata - 5.

Suženja napravljena u donjim dijelovima dva kraka posude služe za sprječavanje miješanja sastavnih dijelova ispune elementa u slučaju njegovog potresanja.

Uz strogo poštivanje utvrđene proizvodne tehnologije, moguće je dobiti normalne (zasićene) elemente s visokim stupnjem ujednačenosti u pogledu njihovih mjernih svojstava.

Vrijednosti EMF normalnih Westonovih elemenata uklapaju se u vrlo uske granice - od oko 1,0185 V do 1,0187 V pri temperaturi elementa jednakoj + 20 ° C, tj. razlika u EMF pojedinačnih elemenata ne prelazi 200 μV.

Vrlo važno svojstvo normalnih Westonovih ćelija je visoka stabilnost EMF vrijednosti svake pojedine ćelije pod odgovarajućim uvjetima skladištenja i uporabe. EMF vrijednost normalnog elementa može ostati nepromijenjena dugi niz godina s točnošću od nekoliko desetaka mikrovolta.

EMF vrijednost normalnog elementa je prilično jaka, ali naravno ovisi o temperaturi.

Normalni zasićeni elementi imaju unutarnji otpor od 500 — 1000 Ohma i ni pod kojim okolnostima ne smiju biti opterećeni strujom većom od 1 μA, inače vrijednost njihovog EMF-a može postati nestabilna.

Nemoguće je, na primjer, izmjeriti EMF normalnog elementa pomoću voltmetra, budući da bi potonji morao imati unutarnji otpor od najmanje nekoliko megaoma. Kada priključite voltmetar s manjim otporom, normalni element neće uspjeti.

Nezasićeni normalni elementi u svojoj se strukturi razlikuju od zasićenih uglavnom samo po tome što je na temperaturama iznad + 4 ° C otopina kadmijeva sulfata u njima nezasićena, slobodnih kristala nema.

Također, budući da su nezasićeni elementi namijenjeni uglavnom prijenosnim mjeračima, tanki čepovi umetnuti su u unutrašnjost staklenih vitrina u blizini površina kadmijevog amalgama u jednom kraku i depolarizirajuće paste u drugom kraku. Ovi čepovi zbog svoje poroznosti ne ometaju elektrolitičke procese u ćeliji, a ujedno sprječavaju miješanje komponenti ćelije, čak i kada je ćelija okrenuta.

Nezasićeni elementi razlikuju se od zasićenih elemenata po svojim mjernim svojstvima:

• značajno manja temperaturna ovisnost EMF-a, samo 2 — 3 μV po 1 °C, tj. 15 — 20 puta manje nego kod zasićenih elemenata, što je njihova glavna prednost;

• malo veća vrijednost EMF-a: 1,0185 — 1,0195 V na 20 ° C i manji unutarnji otpor;

• znatno niža stabilnost EMF-a, osobito u uvjetima njihove redovite uporabe;

• veće dopušteno strujno opterećenje — do 10 μA — zbog nižih zahtjeva za točnost reprodukcije vrijednosti EMF.

Prema GOST-u, zasićeni elementi se proizvode u dvije klase - I i II, nezasićeni elementi se proizvode kao elementi klase III.

Elementi klase I trebaju biti zatvoreni u metalna perforirana kućišta i dopušteni da budu uronjeni u kupke napunjene suhim transformatorskim uljem kako bi se izjednačila temperatura ogranaka elementa.

Predmeti klase II moraju biti zatvoreni u drvena ili plastična kućišta i omogućiti mjerenje temperature unutar kućišta termometrom.

Nezasićeni elementi razreda III moraju biti zatvoreni u plastičnim ili metalnim kućištima posebnog oblika, s posebnim rasporedom steznih vijaka prilagođenih za ugradnju ovih elemenata u prijenosne ili stacionarne mjerne instrumente i instrumente.

Uz gore navedene mjere opreza potrebne pri korištenju normalnih elemenata klase I i II, potrebno je poštivati ​​niz drugih uvjeta; nemojte ih premještati s mjesta na mjesto i nemojte ih izlagati udarcima, prevrtati, nemojte ih koristiti prije nekoliko dana nakon transporta ili nakon naglih temperaturnih promjena.

Tijekom rada, Weston normalni elementi moraju biti posebno zaštićeni od neravnomjernog zagrijavanja ili hlađenja njihovih grana - pod utjecajem sunčeve svjetlosti, obližnjih grijača ili hladnih prozora zimi.