Westonin normaali elementti – stressistandardi ja stressiviite metrologiassa

Tärkein ja ainoa tyyppi esimerkki EMF-mittauksista tällä hetkellä ne ovat normaaleja alkuaineita, tyydyttyneitä ja tyydyttymättömiä (ns. kadmium).

Yleisimmät "normaalit" kohteet ovat:

• Westonin elohopea-kadmium-elementti;

• elohopea-sinkki amalgaami Clark elementti;

• Rutiini sinkki normaali alkuaine.

Ensimmäisen normaalin tyydyttyneen alkuaineen loi amerikkalainen kemisti Edward Weston (1850-1936). Vuonna 1908 nämä elementit otettiin käyttöön metrologisissa tarkoituksiin.

Normaali kyllästetty kenno koostuu H-muotoisesta lasikuoresta, joka on täytetty sisällä tietyillä aineilla, sinetöity yläpäistä ja platinalangoilla, jotka on juotettu kunkin sen haaraelektrodin pohjaan.

Edward Westonin normaalielementtien kaavio

"Positiivisella" haaralla, jonka alaosassa on kaksi supistumaa, on seuraava täyttö: 1 — elohopea (ensimmäiseen supistukseen asti); 2 — depolarisoiva tahna, joka koostuu kadmiumsulfaatin CdSO4 8/332O ja elohopeasulfaatin Hg2SC4 murskattujen kiteiden seoksesta; 3 — kadmiumsulfaatin kiteitä.

"Negatiivisella" haaralla on täyte: 4 - kadmiumamalgaami (12 % kadmiumia, 88 % elohopeaa) ja 3 ' - kadmiumsulfaatin kiteitä, kuten positiivisessa haarassa.

Kahden haaran keskiosat on täytetty kyllästetyllä kadmiumsulfaatin vesiliuoksella - 5.

Astian kahden haaran alaosiin tehdyt kavennukset estävät elementin täytön aineosien sekoittumisen sen täristyessä.

Noudattamalla tiukasti vakiintunutta tuotantotekniikkaa on mahdollista saada normaaleja (tyydyttyneitä) elementtejä, joilla on korkea tasaisuusaste mittausominaisuuksiltaan.

Normaalien Weston-elementtien EMF-arvot sopivat hyvin kapeisiin rajoihin - noin 1,0185 V - 1,0187 V elementin lämpötilassa, joka on yhtä suuri kuin + 20 ° C, eli yksittäisten elementtien EMF-ero ei ylitä 200 μV.

Normaalien Weston-kennojen erittäin tärkeä ominaisuus on kunkin yksittäisen solun EMF-arvon korkea stabiilisuus oikeissa säilytys- ja käyttöolosuhteissa. Normaalielementin EMF-arvo voi pysyä muuttumattomana useita vuosia muutaman kymmenen mikrovoltin tarkkuudella.

Normaalin elementin EMF-arvo on melko vahva, mutta se riippuu luonnollisesti lämpötilasta.

Normaalien kyllästettyjen elementtien sisäinen resistanssi on 500–1000 ohmia, eikä niitä saa missään olosuhteissa kuormittaa yli 1 μA virralla, muuten niiden EMF:n arvo voi muuttua epävakaaksi.

Esimerkiksi normaalin elementin EMF:n mittaaminen volttimittarilla on mahdotonta, koska jälkimmäisen sisäisen resistanssin tulisi olla vähintään muutama megaohmi. Kun kytket volttimittarin pienemmällä resistanssilla, normaali elementti epäonnistuu.

Tyydyttymättömät normaalit alkuaineet rakenteeltaan eroavat tyydyttyneistä pääasiassa vain siinä, että yli + 4 °C:n lämpötiloissa niissä oleva kadmiumsulfaattiliuos on tyydyttymätön, vapaita kiteitä ei ole.

Lisäksi, koska tyydyttymättömät elementit on tarkoitettu pääasiassa kannettaviin mittareihin, ohuita korkkeja työnnetään lasikoteloiden sisäpuolelle lähelle kadmiumamalgaamin pintoja toiseen haaraan ja depolarisoivaan tahnaan toiseen haaraan. Huokoisuutensa ansiosta nämä tulpat eivät estä elektrolyyttisiä prosesseja kennossa ja samalla estävät kennon komponenttien sekoittumista, vaikka kenno on ylösalaisin.

Tyydyttymättömät alkuaineet eroavat tyydyttyneistä alkuaineista mittausominaisuuksiltaan:

• huomattavasti pienempi EMF:n lämpötilariippuvuus, vain 2–3 μV per 1 °C, ts. 15 - 20 kertaa vähemmän kuin tyydyttyneillä elementeillä, mikä on niiden tärkein etu;

• hieman korkeampi EMF-arvo: 1,0185 - 1,0195 V 20 ° C:ssa ja pienempi sisäinen vastus;

• paljon alhaisempi EMF:n stabiilisuus, erityisesti niiden säännöllisen käytön olosuhteissa;

• suurempi sallittu virtakuorma - jopa 10 μA - johtuen EMF-arvon toistotarkkuuden alhaisemmista vaatimuksista.

GOST:n mukaan tyydyttyneitä alkuaineita tuotetaan kahdessa luokassa - I ja II, tyydyttymättömiä elementtejä tuotetaan luokan III elementteinä.

Luokan I elementit tulee sulkea metallirei'itettyihin koteloihin ja antaa upottaa kuivalla muuntajaöljyllä täytettyyn kylpyyn elementin haarojen lämpötilan tasaamiseksi.

Luokan II tuotteet on suljettava puu- tai muovikoteloihin, ja niiden sisäinen lämpötila on voitava mitata lämpömittarilla.

Luokan III tyydyttymättömät elementit on suljettava erityismuotoisiin muovi- tai metallikoteloihin, joissa on erityinen kiinnitysruuvien järjestely, joka on sovitettu kiinnittämään nämä elementit kannettaviin tai kiinteisiin mittauslaitteisiin ja -välineisiin.

Edellä mainittujen varotoimenpiteiden lisäksi, joita vaaditaan käytettäessä normaaleja luokan I ja II elementtejä, on noudatettava useita muita ehtoja; Älä siirrä niitä paikasta toiseen äläkä altista niitä iskuille, kaatumaan, älä käytä niitä aikaisemmin kuin muutaman päivän kuluttua kuljetuksesta tai äkillisten lämpötilanvaihteluiden jälkeen.

Käytön aikana Westonin normaalielementit on suojattava erityisesti niiden oksien epätasaiselta lämpenemiseltä tai jäähtymiseltä - auringonvalon, lähellä olevien lämmittimien tai kylmien ikkunoiden vaikutuksesta talvella.