Elemento normale di Weston: standard di sollecitazione e riferimento alla sollecitazione in metrologia

Il tipo principale e unico campioni di misure EMF attualmente sono elementi normali, saturi e insaturi (il cosiddetto cadmio).

Gli elementi "normali" più comuni sono:

• l'elemento mercurio-cadmio di Weston;

• amalgama di mercurio-zinco elemento Clark;

• Elemento normale zinco rutina.

Il primo elemento saturo normale fu creato dal chimico americano Edward Weston (1850 — 1936). Nel 1908 questi elementi furono adottati per l'uso a scopi metrologici.

Una normale cella satura è costituita da un guscio di vetro a forma di H riempito con determinate sostanze all'interno, sigillato alle estremità superiori e con fili di platino saldati sul fondo di ciascuno dei suoi elettrodi di derivazione.

Diagramma degli elementi normali di Edward Weston

Il ramo "positivo", che presenta due strozzature nella parte inferiore, ha il seguente riempimento: 1 — mercurio (fino alla prima strozzatura); 2 — pasta depolarizzante costituita da una miscela di cristalli frantumati di solfato di cadmio CdSO4 8/332O e solfato di mercurio Hg2SC4; 3 — cristalli di solfato di cadmio.

Il ramo "negativo" ha un riempimento: 4 - amalgama di cadmio (12% cadmio, 88% mercurio) e 3' - cristalli di cadmio solfato, come nel ramo positivo.

Le parti centrali dei due rami sono riempite con una soluzione acquosa satura di solfato di cadmio - 5.

I restringimenti praticati nelle parti inferiori dei due rami del recipiente servono ad impedire il rimescolamento delle parti costituenti il ​​riempimento dell'elemento in caso di suo scuotimento.

Con la stretta osservanza della tecnologia di produzione stabilita, è possibile ottenere elementi normali (saturi) con un elevato grado di uniformità in termini di proprietà di misurazione.

I valori EMF dei normali elementi Weston rientrano in limiti molto ristretti - da circa 1,0185 V a 1,0187 V a una temperatura dell'elemento pari a + 20 ° C, ovvero la discrepanza nell'EMF dei singoli elementi non supera i 200 μV.

Una proprietà molto importante delle normali celle Weston è l'elevata stabilità del valore EMF di ogni singola cella in condizioni adeguate di conservazione e utilizzo. Il valore EMF di un elemento normale può rimanere invariato per molti anni con una precisione di poche decine di microvolt.

Il valore EMF di un elemento normale è abbastanza forte, ma dipende naturalmente dalla temperatura.

Gli elementi saturi normali hanno una resistenza interna di 500 - 1000 Ohm e in nessun caso devono essere caricati con una corrente superiore a 1 μA, altrimenti il ​​​​valore della loro EMF potrebbe diventare instabile.

È impossibile, ad esempio, misurare l'EMF di un elemento normale utilizzando un voltmetro, poiché quest'ultimo dovrebbe avere una resistenza interna di almeno alcuni megaohm. Quando si collega un voltmetro con una resistenza inferiore, l'elemento normale fallirà.

Gli elementi normali insaturi nella loro struttura differiscono da quelli saturi principalmente solo per il fatto che a temperature superiori a + 4 ° C la soluzione di solfato di cadmio in essi contenuta è insatura, i cristalli liberi sono assenti.

Inoltre, poiché gli elementi insaturi sono destinati principalmente ai misuratori portatili, all'interno delle teche di vetro vengono inseriti sottili tappi di sughero in prossimità delle superfici dell'amalgama di cadmio in un ramo e della pasta depolarizzante nell'altro ramo. Grazie alla loro porosità, questi tappi non ostacolano i processi elettrolitici nella cella e allo stesso tempo impediscono la miscelazione dei componenti della cella, anche quando la cella è capovolta.

Gli elementi insaturi differiscono dagli elementi saturi per le loro proprietà di misurazione:

• dipendenza dalla temperatura significativamente inferiore dell'EMF, solo 2 - 3 μV per 1 ° C, ad es. 15 - 20 volte inferiore a quello degli elementi saturi, che è il loro principale vantaggio;

• valore leggermente più alto di EMF: 1.0185 — 1.0195 V a 20 ° C e resistenza interna inferiore;

• stabilità molto inferiore dei campi elettromagnetici, specialmente nelle condizioni del loro uso regolare;

• carico di corrente ammissibile più elevato — fino a 10 μA — a causa dei requisiti inferiori per l'accuratezza della riproduzione del valore EMF.

Secondo GOST, gli elementi saturi sono prodotti in due classi: I e II, gli elementi insaturi sono prodotti come elementi di classe III.

Gli elementi di classe I devono essere racchiusi in involucri metallici perforati e lasciati immergere in bagni riempiti con olio secco per trasformatori per uniformare la temperatura delle diramazioni dell'elemento.

Gli oggetti di classe II devono essere racchiusi in involucri di legno o plastica e consentire la misurazione della temperatura all'interno dell'involucro con un termometro.

Gli elementi insaturi di classe III devono essere racchiusi in involucri di plastica o metallo di forma speciale, con una disposizione speciale di morsetti a vite atti a montare questi elementi in strumenti e strumenti di misura portatili o fissi.

Oltre alle suddette precauzioni richieste quando si utilizzano normali elementi di classe I e II, è necessario osservare una serie di altre condizioni; non spostarli da un luogo all'altro e non sottoporli ad urti, ribaltamenti, non utilizzarli prima che siano trascorsi alcuni giorni dal trasporto o dopo sbalzi di temperatura improvvisi.

Durante il funzionamento, gli elementi normali Weston devono essere particolarmente protetti dal riscaldamento o dal raffreddamento irregolare dei loro rami - sotto l'influenza della luce solare, dei riscaldatori vicini o delle finestre fredde in inverno.