Κανονικό στοιχείο Weston — Πρότυπο στρες και αναφορά στρες στη μετρολογία

Ο κύριος και μοναδικός τύπος δείγμα μετρήσεων EMF επί του παρόντος, είναι κανονικά στοιχεία, κορεσμένα και ακόρεστα (το λεγόμενο κάδμιο).

Τα πιο συνηθισμένα «κανονικά» είδη είναι:

• Στοιχείο υδραργύρου-καδμίου του Weston.

• Στοιχείο Clark αμαλγάματος υδραργύρου-ψευδαργύρου.

• Ρουτίνη ψευδάργυρος κανονικό στοιχείο.

Το πρώτο κανονικό κορεσμένο στοιχείο δημιουργήθηκε από τον Αμερικανό χημικό Edward Weston (1850 - 1936). Το 1908 αυτά τα στοιχεία υιοθετήθηκαν για χρήση σε μετρολογικούς σκοπούς.

Μια κανονική κορεσμένη κυψέλη αποτελείται από ένα γυάλινο κέλυφος σχήματος Η γεμάτο με ορισμένες ουσίες στο εσωτερικό, σφραγισμένο στα πάνω άκρα και με σύρματα πλατίνας συγκολλημένα στο κάτω μέρος κάθε ηλεκτροδίου διακλάδωσης του.

Διάγραμμα κανονικών στοιχείων από τον Edward Weston

Ο «θετικός» κλάδος, ο οποίος έχει δύο συστολές στο κάτω μέρος του, έχει την ακόλουθη πλήρωση: 1 — υδράργυρος (μέχρι την πρώτη στένωση). 2 — αποπολωτική πάστα αποτελούμενη από μείγμα θρυμματισμένων κρυστάλλων θειικού καδμίου CdSO4 8/332O και θειικού υδραργύρου Hg2SC4. 3 — κρύσταλλοι θειικού καδμίου.

Ο "αρνητικός" κλάδος έχει γέμιση: 4 - αμάλγαμα καδμίου (12% κάδμιο, 88% υδράργυρος) και 3' - κρύσταλλοι θειικού καδμίου, όπως στον θετικό κλάδο.

Τα μεσαία μέρη των δύο κλάδων γεμίζονται με κορεσμένο υδατικό διάλυμα θειικού καδμίου - 5.

Οι στενώσεις που γίνονται στα κάτω μέρη των δύο κλάδων του αγγείου χρησιμεύουν για να εμποδίζουν την ανάμειξη των συστατικών μερών της πλήρωσης του στοιχείου σε περίπτωση ανακίνησης του.

Με αυστηρή τήρηση της καθιερωμένης τεχνολογίας παραγωγής, είναι δυνατή η λήψη κανονικών (κορεσμένων) στοιχείων με υψηλό βαθμό ομοιομορφίας ως προς τις ιδιότητες μέτρησής τους.

Οι τιμές EMF των κανονικών στοιχείων Weston ταιριάζουν σε πολύ στενά όρια - από περίπου 1,0185 V έως 1,0187 V σε θερμοκρασία στοιχείου ίση με + 20 ° C, δηλαδή η απόκλιση στο EMF των μεμονωμένων στοιχείων δεν υπερβαίνει τα 200 μV.

Μια πολύ σημαντική ιδιότητα των φυσιολογικών κυττάρων Weston είναι η υψηλή σταθερότητα της τιμής EMF κάθε μεμονωμένου κυττάρου υπό κατάλληλες συνθήκες αποθήκευσης και χρήσης. Η τιμή EMF ενός κανονικού στοιχείου μπορεί να παραμείνει αμετάβλητη για πολλά χρόνια με ακρίβεια μερικών δεκάδων μικροβολτ.

Η τιμή EMF ενός κανονικού στοιχείου είναι αρκετά ισχυρή, αλλά εξαρτάται φυσικά από τη θερμοκρασία.

Τα κανονικά κορεσμένα στοιχεία έχουν εσωτερική αντίσταση 500 — 1000 Ohm και σε καμία περίπτωση δεν πρέπει να φορτώνονται με ρεύμα μεγαλύτερο από 1 μA, διαφορετικά η τιμή του EMF τους μπορεί να γίνει ασταθής.

Είναι αδύνατο, για παράδειγμα, να μετρηθεί το EMF ενός κανονικού στοιχείου χρησιμοποιώντας ένα βολτόμετρο, καθώς το τελευταίο θα έπρεπε να έχει εσωτερική αντίσταση τουλάχιστον μερικών megohm. Όταν συνδέετε ένα βολτόμετρο με χαμηλότερη αντίσταση, το κανονικό στοιχείο θα αποτύχει.

Τα ακόρεστα κανονικά στοιχεία στη δομή τους διαφέρουν από τα κορεσμένα κυρίως μόνο στο ότι σε θερμοκρασίες πάνω από + 4 ° C το διάλυμα θειικού καδμίου σε αυτά είναι ακόρεστο, οι ελεύθεροι κρύσταλλοι απουσιάζουν.

Επίσης, δεδομένου ότι τα ακόρεστα στοιχεία προορίζονται κυρίως για φορητούς μετρητές, εισάγονται λεπτοί φελλοί στο εσωτερικό των γυάλινων θηκών κοντά στις επιφάνειες του αμαλγάματος καδμίου στον ένα κλάδο και της αποπολωτικής πάστας στον άλλο κλάδο. Λόγω του πορώδους τους, αυτά τα βύσματα δεν εμποδίζουν τις ηλεκτρολυτικές διεργασίες στο στοιχείο και ταυτόχρονα εμποδίζουν την ανάμειξη των συστατικών του στοιχείου, ακόμη και όταν το στοιχείο είναι ανεστραμμένο.

Τα ακόρεστα στοιχεία διαφέρουν από τα κορεσμένα ως προς τις ιδιότητες μέτρησής τους:

• σημαντικά χαμηλότερη εξάρτηση από τη θερμοκρασία του EMF, μόνο 2 — 3 μV ανά 1 ° C, δηλ. 15 — 20 φορές λιγότερο από αυτό των κορεσμένων στοιχείων, που είναι το κύριο πλεονέκτημά τους.

• ελαφρώς υψηλότερη τιμή EMF: 1,0185 — 1,0195 V στους 20 ° C και χαμηλότερη εσωτερική αντίσταση.

• πολύ χαμηλότερη σταθερότητα του EMF, ειδικά στις συνθήκες τακτικής χρήσης τους.

• υψηλότερο επιτρεπόμενο φορτίο ρεύματος — έως 10 μA — λόγω των χαμηλότερων απαιτήσεων για την ακρίβεια αναπαραγωγής της τιμής EMF.

Σύμφωνα με το GOST, τα κορεσμένα στοιχεία παράγονται σε δύο κατηγορίες — I και II, τα ακόρεστα στοιχεία παράγονται ως στοιχεία κατηγορίας III.

Τα στοιχεία της κατηγορίας I πρέπει να περικλείονται σε μεταλλικά διάτρητα περιβλήματα και να αφήνονται να βυθιστούν σε λουτρά γεμάτα με ξηρό λάδι μετασχηματιστή για να εξισορροπηθεί η θερμοκρασία των κλαδιών του στοιχείου.

Τα είδη της κατηγορίας II πρέπει να περικλείονται σε ξύλινα ή πλαστικά περιβλήματα και να επιτρέπουν τη μέτρηση της θερμοκρασίας στο εσωτερικό του περιβλήματος με θερμόμετρο.

Τα ακόρεστα στοιχεία της κατηγορίας III πρέπει να περικλείονται σε πλαστικά ή μεταλλικά περιβλήματα ειδικού σχήματος, με ειδική διάταξη σφιγκτήρων-βιδών προσαρμοσμένων για την τοποθέτηση αυτών των στοιχείων σε φορητά ή σταθερά όργανα και όργανα μέτρησης.

Εκτός από τις παραπάνω προφυλάξεις που απαιτούνται κατά τη χρήση κανονικών στοιχείων Κατηγορίας Ι και ΙΙ, πρέπει να τηρούνται ορισμένες άλλες προϋποθέσεις. μην τα μετακινείτε από μέρος σε μέρος και μην τα εκθέτετε σε κρούση, αναποδογυρίζετε, μην τα χρησιμοποιείτε νωρίτερα από λίγες ημέρες μετά τη μεταφορά τους ή μετά από απότομες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.

Κατά τη λειτουργία, τα κανονικά στοιχεία της Weston πρέπει να προστατεύονται ιδιαίτερα από την ανομοιόμορφη θέρμανση ή ψύξη των κλαδιών τους - υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός, των κοντινών θερμαντήρων ή των κρύων παραθύρων το χειμώνα.