Element normal de Weston: estàndard d'estrès i referència de tensió en metrologia

El tipus principal i únic mostres de mesures CEM actualment, són elements normals, saturats i insaturats (l'anomenat cadmi).

Els elements "normals" més comuns són:

• element mercuri-cadmi de Weston;

• element Clark amalgama mercuri-zinc;

• Rutina zinc element normal.

El primer element saturat normal va ser creat pel químic nord-americà Edward Weston (1850-1936). L'any 1908 es van adoptar aquests elements per utilitzar-los amb finalitats metrològiques.

Una cel·la saturada normal consisteix en una closca de vidre en forma d'H plena de determinades substàncies a l'interior, segellada als extrems superiors i amb cables de platí soldats a la part inferior de cadascun dels seus elèctrodes de branca.

Diagrama d'elements normals d'Edward Weston

La branca "positiva", que té dues constriccions a la seva part inferior, té el següent farcit: 1 — mercuri (fins a la primera constricció); 2 — pasta despolaritzant que consisteix en una barreja de cristalls triturats de sulfat de cadmi CdSO4 8/332O i sulfat de mercuri Hg2SC4; 3 — cristalls de sulfat de cadmi.

La branca "negativa" té un farcit: 4 - amalgama de cadmi (12% de cadmi, 88% de mercuri) i 3' - cristalls de sulfat de cadmi, com a la branca positiva.

Les parts mitjanes de les dues branques s'omplen amb una solució aquosa saturada de sulfat de cadmi - 5.

Els estrenyiments realitzats a les parts inferiors de les dues branques del recipient serveixen per evitar la barreja de les parts constituents del farciment de l'element en cas de sacsejar-lo.

Amb un estricte compliment de la tecnologia de producció establerta, és possible obtenir elements normals (saturats) amb un alt grau d'uniformitat pel que fa a les seves propietats de mesura.

Els valors EMF dels elements normals de Weston s'ajusten a límits molt estrets: d'uns 1,0185 V a 1,0187 V a una temperatura de l'element igual a + 20 ° C, és a dir, la discrepància en l'EMF dels elements individuals no supera els 200 μV.

Una propietat molt important de les cèl·lules normals de Weston és l'alta estabilitat del valor EMF de cada cèl·lula individual en condicions adequades d'emmagatzematge i ús. El valor EMF d'un element normal pot romandre sense canvis durant molts anys amb una precisió d'unes quantes desenes de microvolts.

El valor EMF d'un element normal és força fort, però depèn naturalment de la temperatura.

Els elements saturats normals tenen una resistència interna de 500 a 1000 ohms i en cap cas s'han de carregar amb un corrent superior a 1 μA, en cas contrari, el valor del seu EMF pot tornar-se inestable.

És impossible, per exemple, mesurar la FEM d'un element normal amb un voltímetre, ja que aquest últim hauria de tenir una resistència interna d'almenys uns quants megaohms. Quan connecteu un voltímetre amb una resistència més baixa, l'element normal fallarà.

Els elements normals insaturats en la seva estructura es diferencien dels saturats principalment només perquè a temperatures superiors a + 4 ° C la solució de sulfat de cadmi és insaturada, no hi ha cristalls lliures.

A més, com que els elements insaturats estan destinats principalment a comptadors portàtils, a l'interior de les vidres s'insereixen taps prims a prop de les superfícies de l'amalgama de cadmi en una branca i la pasta despolaritzant a l'altra branca. A causa de la seva porositat, aquests taps no impedeixen els processos electrolítics a la cèl·lula i alhora impedeixen la barreja dels components de la cèl·lula, fins i tot quan la cèl·lula està invertida.

Els elements insaturats es diferencien dels saturats per les seves propietats de mesura:

• dependència de la temperatura significativament més baixa de l'EMF, només 2 - 3 μV per 1 ° C, és a dir. 15 — 20 vegades menys que la dels elements saturats, que és el seu principal avantatge;

• valor lleugerament superior d'EMF: 1,0185 — 1,0195 V a 20 ° C i menor resistència interna;

• estabilitat molt menor dels CEM, especialment en les condicions del seu ús habitual;

• càrrega de corrent permesa més alta (fins a 10 μA) a causa dels requisits més baixos per a la precisió de reproducció del valor EMF.

Segons GOST, els elements saturats es produeixen en dues classes: I i II, els elements insaturats es produeixen com a elements de classe III.

Els elements de classe I s'han de tancar en carcasses metàl·liques perforades i deixar-los immersos en banys plens d'oli de transformador sec per igualar la temperatura de les branques de l'element.

Els articles de classe II s'han de tancar en carcassa de fusta o plàstic i permetre mesurar la temperatura dins de la carcassa amb un termòmetre.

Els elements insaturats de classe III s'han de tancar en carcasses de plàstic o metàl·liques de forma especial, amb una disposició especial de cargols de fixació adaptats per muntar aquests elements en instruments i instruments de mesura portàtils o estacionaris.

A més de les precaucions anteriors requerides quan s'utilitzen elements normals de Classe I i II, s'han d'observar una sèrie d'altres condicions; no els moveu d'un lloc a un altre i no els sotmeteu a impactes, bolcats, no els feu servir abans d'uns dies després del seu transport o després de fluctuacions sobtades de temperatura.

Durant el funcionament, els elements normals de Weston han d'estar especialment protegits de l'escalfament o refredament desigual de les seves branques, sota la influència de la llum solar, els escalfadors propers o les finestres fredes a l'hivern.