Weston normál eleme – Stresszstandard és stresszreferencia a metrológiában

A fő és egyetlen típus minta EMF-mérések jelenleg normál elemek, telített és telítetlen (úgynevezett kadmium).

A leggyakoribb "normál" elemek a következők:

• Weston higany-kadmium eleme;

• higany-cink amalgám Clark elem;

• Rutin cink normál elem.

Az első normál telített elemet Edward Weston amerikai kémikus (1850-1936) hozta létre. 1908-ban ezeket az elemeket metrológiai célokra használták.

A normál telített cella egy H-alakú üveghéjból áll, amely belül bizonyos anyagokkal van megtöltve, a felső végén lezárva, és az egyes elágazó elektródák aljára platinahuzalokkal van forrasztva.

Edward Weston normál elemek diagramja

A „pozitív” ág, amelynek alsó részén két szűkület van, a következő töltettel rendelkezik: 1 — higany (az első szűkületig); 2 — depolarizáló paszta, amely a CdSO4 8/332O kadmium-szulfát és a Hg2SC4 higany-szulfát zúzott kristályainak keverékéből áll; 3 — kadmium-szulfát kristályai.

A "negatív" ágnak van egy tölteléke: 4 - kadmium-amalgám (12% kadmium, 88% higany) és 3 ' - kadmium-szulfát kristályok, mint a pozitív ágban.

A két ág középső részeit telített vizes kadmium-szulfát oldattal töltik meg - 5.

Az edény két ágának alsó részében kialakított szűkítések arra szolgálnak, hogy az elem töltése alkotórészei ne keveredjenek össze annak megrázódása esetén.

A kialakult gyártástechnológia szigorú betartásával a mérési tulajdonságaikat tekintve nagyfokú egyenletességgel lehet előállítani normál (telített) elemeket.

A normál Weston-elemek EMF-értékei nagyon szűk határok közé illeszkednek - körülbelül 1,0185 V és 1,0187 V között + 20 ° C-os elemhőmérsékleten, azaz az egyes elemek EMF-jének eltérése nem haladja meg a 200 μV-ot.

A normál Weston-sejtek nagyon fontos tulajdonsága az egyes cellák EMF-értékének magas stabilitása megfelelő tárolási és felhasználási körülmények között. Egy normál elem EMF értéke néhány tíz mikrovoltos pontossággal évekig változatlan maradhat.

Egy normál elem EMF értéke elég erős, de természetesen függ a hőmérséklettől.

A normál telített elemek belső ellenállása 500–1000 Ohm, és semmilyen körülmények között sem szabad 1 μA-nál nagyobb árammal terhelni, különben az EMF értéke instabillá válhat.

Lehetetlen például egy normál elem EMF-jét voltmérővel mérni, mivel az utóbbinak legalább néhány megohm belső ellenállással kell rendelkeznie. Ha egy kisebb ellenállású voltmérőt csatlakoztat, a normál elem meghibásodik.

A telítetlen normál elemek szerkezetükben csak abban különböznek a telítettektől, hogy + 4 ° C feletti hőmérsékleten a bennük lévő kadmium-szulfát oldat telítetlen, szabad kristályok hiányoznak.

Továbbá, mivel a telítetlen elemeket főként hordozható fogyasztásmérőkhöz szánják, vékony dugót helyeznek az üvegtokok belsejébe az egyik ágban a kadmium-amalgám, a másik ágban a depolarizáló paszta felülete közelében. Ezek a dugók porozitásuknak köszönhetően nem akadályozzák a cellában zajló elektrolitikus folyamatokat, és egyben megakadályozzák a cella komponenseinek keveredését, még a cella felfordítása esetén sem.

A telítetlen elemek mérési tulajdonságaikban különböznek a telített elemektől:

• szignifikánsan kisebb az EMF hőmérséklet-függése, mindössze 2–3 μV 1 °C-onként, azaz. 15-20-szor kevesebb, mint a telített elemeké, ami a fő előnyük;

• valamivel magasabb EMF értéke: 1,0185 - 1,0195 V 20 ° C-on és alacsonyabb belső ellenállás;

• az EMF sokkal alacsonyabb stabilitása, különösen rendszeres használatuk körülményei között;

• nagyobb megengedett áramterhelés - akár 10 μA - az EMF-érték reprodukálási pontosságára vonatkozó alacsonyabb követelmények miatt.

A GOST szerint a telített elemeket két osztályba sorolják - I. és II., a telítetlen elemeket III. osztályú elemekként állítják elő.

Az I. osztályú elemeket fém perforált burkolatokba kell zárni, és száraz transzformátorolajjal töltött fürdőbe kell meríteni, hogy kiegyenlítse az elemágak hőmérsékletét.

A II. osztályú elemeket fa vagy műanyag burkolatokba kell zárni, és lehetővé kell tenni a burkolaton belüli hőmérséklet hőmérővel történő mérését.

A III. osztályú telítetlen elemeket speciális alakú műanyag vagy fém burkolatokba kell zárni, speciális rögzítőcsavarokkal, amelyek alkalmasak ezen elemek hordozható vagy helyhez kötött mérőműszerekbe és műszerekbe történő rögzítésére.

A normál I. és II. osztályú elemek használatakor szükséges fenti óvintézkedéseken túlmenően számos egyéb feltételt is be kell tartani; ne mozgassa őket egyik helyről a másikra, és ne tegye ki őket ütközésnek, borulásnak, ne használja őket néhány nappal a szállítás után vagy hirtelen hőmérséklet-ingadozás után.

Működés közben a Weston normál elemeit különösen óvni kell az egyenetlen felmelegedéstől vagy ágaik lehűlétől - napfény, közeli fűtőtestek vagy télen hideg ablakok hatására.