Weston's normaalelement - Spanningsstandaard en spanningsreferentie in metrologie

Het belangrijkste en enige type voorbeelden van EMF-maatregelen momenteel zijn het normale elementen, verzadigd en onverzadigd (het zogenaamde cadmium).

De meest voorkomende "normale" items zijn:

• Weston's kwik-cadmium-element;

• kwik-zinkamalgaam Clark-element;

• Rutinezink normaal element.

Het eerste normale verzadigde element is gemaakt door de Amerikaanse chemicus Edward Weston (1850 - 1936). In 1908 werden deze elementen aangenomen voor gebruik in metrologische doeleinden.

Een normale verzadigde cel bestaat uit een H-vormige glazen schaal gevuld met bepaalde stoffen aan de binnenkant, verzegeld aan de boveneinden en met platinadraden gesoldeerd aan de onderkant van elk van de aftakelektroden.

Diagram van normale elementen door Edward Weston

De "positieve" tak, die twee vernauwingen in het onderste deel heeft, heeft de volgende vulling: 1 - kwik (tot aan de eerste vernauwing); 2 — depolariserende pasta bestaande uit een mengsel van gemalen kristallen van cadmiumsulfaat CdSO4 8/332O en kwiksulfaat Hg2SC4; 3 — kristallen van cadmiumsulfaat.

"Negatieve" tak heeft een vulling: 4 - cadmium-amalgaam (12% cadmium, 88% kwik) en 3 '- kristallen van cadmiumsulfaat, zoals in de positieve tak.

De middelste delen van de twee takken zijn gevuld met een verzadigde waterige oplossing van cadmiumsulfaat - 5.

De vernauwingen die in de onderste delen van de twee takken van het vat zijn gemaakt, dienen om te voorkomen dat de samenstellende delen van de vulling van het element worden gemengd in geval van schudden.

Met strikte inachtneming van de gevestigde productietechnologie is het mogelijk om normale (verzadigde) elementen te verkrijgen met een hoge mate van uniformiteit in termen van hun meeteigenschappen.

De EMF-waarden van normale Weston-elementen passen binnen zeer nauwe grenzen - van ongeveer 1,0185 V tot 1,0187 V bij een elementtemperatuur gelijk aan + 20 ° C, d.w.z. de discrepantie in de EMF van individuele elementen is niet groter dan 200 μV.

Een zeer belangrijke eigenschap van normale Weston-cellen is de hoge stabiliteit van de EMF-waarde van elke individuele cel onder de juiste opslag- en gebruiksomstandigheden. De EMF-waarde van een normaal element kan vele jaren onveranderd blijven met een nauwkeurigheid van enkele tientallen microvolts.

De EMF-waarde van een normaal element is vrij sterk, maar hangt natuurlijk af van de temperatuur.

Normale verzadigde elementen hebben een interne weerstand van 500 - 1000 Ohm en mogen in geen geval worden belast met een stroom van meer dan 1 μA, anders kan de waarde van hun EMF onstabiel worden.

Het is bijvoorbeeld onmogelijk om de EMF van een normaal element te meten met een voltmeter, aangezien deze laatste een interne weerstand van minstens enkele megaohms zou moeten hebben. Wanneer u een voltmeter met een lagere weerstand aansluit, zal het normale element uitvallen.

Onverzadigde normale elementen in hun structuur verschillen voornamelijk van verzadigd doordat bij temperaturen boven + 4 ° C de cadmiumsulfaatoplossing daarin onverzadigd is, vrije kristallen ontbreken.

Aangezien de onverzadigde elementen voornamelijk bedoeld zijn voor draagbare meters, worden bovendien dunne kurken in het inwendige van de vitrines gestoken nabij de oppervlakken van het cadmium-amalgaam in de ene tak en de depolariserende pasta in de andere tak. Door hun porositeit belemmeren deze pluggen de elektrolytische processen in de cel niet en voorkomen ze tegelijkertijd het mengen van de celcomponenten, zelfs als de cel omgekeerd is.

Onverzadigde elementen onderscheiden zich van verzadigde elementen door hun meeteigenschappen:

• aanzienlijk lagere temperatuurafhankelijkheid van EMF, slechts 2 - 3 μV per 1 ° C, d.w.z. 15 - 20 keer minder dan die van verzadigde elementen, wat hun belangrijkste voordeel is;

• iets hogere waarde van EMF: 1,0185 — 1,0195 V bij 20 ° C en lagere interne weerstand;

• veel lagere stabiliteit van EMF, vooral in de omstandigheden van regelmatig gebruik;

• hogere toegestane stroombelasting - tot 10 μA - vanwege de lagere vereisten voor de nauwkeurigheid van de reproductie van de EMF-waarde.

Volgens GOST worden verzadigde elementen geproduceerd in twee klassen - I en II, onverzadigde elementen worden geproduceerd als klasse III-elementen.

Klasse I-elementen moeten worden ingesloten in metalen geperforeerde omhulsels en mogen worden ondergedompeld in baden gevuld met droge transformatorolie om de temperatuur van de elementtakken gelijk te maken.

Artikelen van klasse II moeten worden ingesloten in houten of plastic omhulsels en de temperatuur in de omhulling moet met een thermometer kunnen worden gemeten.

Onverzadigde elementen van klasse III moeten worden ingesloten in plastic of metalen behuizingen met een speciale vorm, met een speciale opstelling van klemschroeven die zijn aangepast om deze elementen te monteren in draagbare of stationaire meetinstrumenten en instrumenten.

Naast de bovenstaande voorzorgsmaatregelen die nodig zijn bij het gebruik van normale klasse I- en II-elementen, moet een aantal andere voorwaarden in acht worden genomen; verplaats ze niet van plaats naar plaats en stel ze niet bloot aan schokken, rol ze om, gebruik ze niet eerder dan enkele dagen na transport of na plotselinge temperatuurschommelingen.

Tijdens bedrijf moeten de normale elementen van Weston in het bijzonder worden beschermd tegen ongelijkmatige verwarming of afkoeling van hun takken - onder invloed van zonlicht, nabijgelegen verwarmingen of koude ramen in de winter.