Нормален елемент на Уестън — Стандарт за напрежение и справка за напрежение в метрологията

Основният и единствен вид примерни мерки за ЕМП в момента са нормални елементи, наситени и ненаситени (т.нар. кадмий).

Най -често срещаните „нормални“ елементи са:

• Живачно-кадмиевият елемент на Уестън;

• живак-цинкова амалгама Кларк елемент;

• Рутинов цинк нормален елемент.

Първият нормален наситен елемент е създаден от американския химик Едуард Уестън (1850 — 1936). През 1908 г. тези елементи са приети за използване в метрологични цели.

Нормалният наситен елемент се състои от Н -образна стъклена обвивка, пълна с определени вещества вътре, запечатана в горните краища и с платинени проводници, споени в дъното на всеки от нейните разклонения — електроди.

Диаграма на нормалните елементи от Едуард Уестън

«Положителният» клон, който има две стеснения в долната си част, има следния пълнеж: 1 — живак (до първото свиване); 2 — деполяризираща паста, състояща се от смес от натрошени кристали на кадмиев сулфат CdSО4 8/3З2О и живачен сулфат Hg2SC4; 3 — кристали на кадмиев сулфат.

«Отрицателен» клон  има пълнеж: 4 — кадмиева амалгама (12% кадмий, 88% живак) и 3 ‘ — кристали на кадмиев сулфат, както в положителния клон.

Средните части на двата клона се пълнят с наситен воден разтвор на кадмиев сулфат — 5.

Стесненията, направени в долните части на двата клона на съда, служат за предотвратяване на смесването на съставните части на пълнежа на елемента в случай на неговото разклащане.

При стриктно спазване на установената производствена технология е възможно да се получат нормални (наситени) елементи с висока степен на еднородност по отношение на техните измервателни свойства.

Стойностите на EMF на нормалните елементи на Weston се вписват в много тесни граници — от около 1.0185 V до 1.0187 V при температура на елемент, равна на + 20 ° C, т.е.разминаването в EMF на отделните елементи не надвишава 200 μV.

Много важно свойство на нормалните клетки на Weston е високата стабилност на стойността на EMF на всяка отделна клетка при подходящи условия на съхранение и употреба. Стойността на ЕМП на нормален елемент може да остане непроменена в продължение на много години с точност до няколко десетки микроволта.

Стойността на ЕМП на нормален елемент е доста силна, но съвсем естествено зависи от температурата.

Нормалните наситени елементи имат вътрешно съпротивление 500 — 1000 Ohm и при никакви обстоятелства не трябва да се натоварват с ток по -голям от 1 μA, в противен случай стойността на техния EMF може да стане нестабилна.

Невъзможно е например да се измери ЕРС на нормален елемент с помощта на волтметър, тъй като последният би трябвало да има вътрешно съпротивление от поне няколко мегаома. Когато включите волтметър с по -ниско съпротивление, нормалният елемент ще се повреди.

Ненаситените нормални елементи по своята структура се различават от наситените главно само по това, че при температури над + 4 ° C разтворът на кадмиев сулфат в тях е ненаситен, липсват свободни кристали.

Освен това, тъй като ненаситените елементи са предназначени главно за преносими измервателни уреди, тънки коркови тапи се вкарват във вътрешността на стъклените корпуси близо до повърхностите на кадмиевата амалгама в единия клон и деполяризиращата паста в другия клон. Поради своята порьозност, тези тапи не възпрепятстват електролитните процеси в клетката и в същото време предотвратяват смесването на съставните части на клетката, дори когато тя е обърната.

По своите измервателни качества ненаситените елементи се различават от наситените:

• значително по -ниска температурна зависимост на ЕМП, само 2 — 3 μV на 1 ° C, т.е. 15 — 20 пъти по -малко от тази на наситените елементи, което е тяхното основно предимство;

• малко по -висока стойност на EMF: 1.0185 — 1.0195 V при 20 ° C и по -ниско вътрешно съпротивление;

• много по -ниска стабилност на ЕМП, особено в условията на редовната им употреба;

• по -висок допустим токов товар — до 10 μA — поради по -ниските изисквания за точността на възпроизвеждане на стойността на ЕМП.

Според ГОСТ наситените елементи се произвеждат в два класа — I и II, ненаситените елементи се произвеждат като елементи от клас III.

Елементите от клас I трябва да бъдат затворени в метални перфорирани обвивки и да се оставят да се потопят във вани, пълни със сухо трансформаторно масло, за да се изравни температурата на разклоненията на елементите.

Елементите от клас II трябва да бъдат затворени в дървени или пластмасови обвивки и да позволяват температурата вътре в корпуса да се измерва с термометър.

Ненаситените елементи, клас III, трябва да бъдат затворени в пластмасови или метални обвивки със специална форма, със специално разположение на скоби-винтове, пригодени за монтиране на тези елементи в преносими или стационарни измервателни уреди и инструменти.

В допълнение към горепосочените предпазни мерки, необходими при използване на нормални елементи от класове I и II, трябва да се спазват и редица други условия; не ги премествайте от място на място и не ги подлагайте на удар, преобръщане, не ги използвайте по -рано отколкото няколко дни след транспортирането им или след внезапни температурни колебания.

По време на работа нормалните елементи на Weston трябва да бъдат особено защитени от неравномерно нагряване или охлаждане на клоните им — под въздействието на слънчева светлина, близко разположени отоплителни устройства или студени прозорци през зимата.