Westonov normálny prvok — Stress Standard a Stress Reference in Metrology

Hlavný a jediný typ vzorové merania EMF v súčasnosti sú to normálne prvky, nasýtené a nenasýtené (tzv. kadmium).

Najbežnejšie "normálne" položky sú:

• Westonov prvok ortuť-kadmium;

• amalgám ortuť-zinok Clarkov prvok;

• Rutín zinok normálny prvok.

Prvý normálny nasýtený prvok vytvoril americký chemik Edward Weston (1850 — 1936). V roku 1908 boli tieto prvky prijaté na použitie na metrologické účely.

Normálny nasýtený článok pozostáva zo sklenenej škrupiny v tvare písmena H naplnenej určitými látkami vo vnútri, utesnenej na horných koncoch a s platinovými drôtmi prispájkovanými k spodnej časti každej z jej vetvených elektród.

Diagram normálnych prvkov od Edwarda Westona

"Pozitívna" vetva, ktorá má vo svojej spodnej časti dve zúženia, má nasledujúcu náplň: 1 — ortuť (až po prvé zúženie); 2 — depolarizačná pasta pozostávajúca zo zmesi rozdrvených kryštálov síranu kademnatého CdSO4 8/332O a síranu ortuťnatého Hg2SC4; 3 — kryštály síranu kademnatého.

"Negatívna" vetva má náplň: 4 - amalgám kadmia (12% kadmium, 88% ortuti) a 3' - kryštály síranu kademnatého, ako v pozitívnej vetve.

Stredné časti dvoch vetiev sú naplnené nasýteným vodným roztokom síranu kademnatého - 5.

Zúženia vytvorené v spodných častiach dvoch vetiev nádoby slúžia na to, aby sa zabránilo zmiešaniu jednotlivých častí náplne prvku v prípade jeho pretrepávania.

Pri prísnom dodržaní zavedenej výrobnej technológie je možné získať normálne (nasýtené) prvky s vysokým stupňom jednotnosti z hľadiska ich meracích vlastností.

Hodnoty EMF normálnych prvkov Weston sa pohybujú vo veľmi úzkych hraniciach - od približne 1,0185 V do 1,0187 V pri teplote prvku rovnej + 20 ° C, t.j. rozdiel v EMF jednotlivých prvkov nepresahuje 200 μV.

Veľmi dôležitou vlastnosťou normálnych Westonových buniek je vysoká stabilita hodnoty EMF každého jednotlivého článku za správnych podmienok skladovania a používania. Hodnota EMF normálneho prvku môže zostať nezmenená po mnoho rokov s presnosťou niekoľkých desiatok mikrovoltov.

Hodnota EMF bežného prvku je dosť silná, ale prirodzene závisí od teploty.

Normálne nasýtené prvky majú vnútorný odpor 500 — 1000 Ohm a za žiadnych okolností by nemali byť zaťažené prúdom väčším ako 1 μA, inak sa hodnota ich EMF môže stať nestabilnou.

Napríklad nie je možné merať EMF bežného prvku pomocou voltmetra, pretože ten by musel mať vnútorný odpor aspoň niekoľko megaohmov. Keď zapojíte voltmeter s nižším odporom, normálny prvok zlyhá.

Nenasýtené normálne prvky sa svojou štruktúrou líšia od nasýtených hlavne tým, že pri teplotách nad + 4 ° C je roztok síranu kademnatého v nich nenasýtený, chýbajú voľné kryštály.

Taktiež, keďže nenasýtené prvky sú určené hlavne pre prenosné merače, do vnútra sklenených vitrín sa v blízkosti povrchov kadmiového amalgámu v jednej vetve vkladajú tenké korkové zátky a v druhej vetve depolarizačná pasta. Tieto zátky vďaka svojej pórovitosti nebránia elektrolytickým procesom v článku a zároveň zabraňujú zmiešaniu komponentov článku, aj keď je článok obrátený.

Nenasýtené prvky sa líšia od nasýtených prvkov svojimi meracími vlastnosťami:

• výrazne nižšia teplotná závislosť EMF, len 2 — 3 μV na 1 °C, t.j. 15-20 krát menej ako nasýtené prvky, čo je ich hlavná výhoda;

• mierne vyššia hodnota EMF: 1,0185 — 1,0195 V pri 20 °C a nižšom vnútornom odpore;

• oveľa nižšia stabilita EMF, najmä v podmienkach ich pravidelného používania;

• vyššie prípustné prúdové zaťaženie — do 10 μA — z dôvodu nižších požiadaviek na presnosť reprodukcie hodnoty EMF.

Podľa GOST sa nasýtené prvky vyrábajú v dvoch triedach – I a II, nenasýtené prvky sa vyrábajú ako prvky triedy III.

Prvky triedy I by mali byť uzavreté v kovových perforovaných krytoch a ponechané na ponorenie do kúpeľov naplnených suchým transformátorovým olejom, aby sa vyrovnala teplota vetiev prvkov.

Položky triedy II musia byť uzavreté v drevených alebo plastových obaloch a musia umožňovať meranie teploty vo vnútri obalu teplomerom.

Nenasýtené prvky triedy III musia byť uzavreté v plastových alebo kovových obaloch špeciálneho tvaru so špeciálnym usporiadaním upínacích skrutiek prispôsobených na montáž týchto prvkov do prenosných alebo stacionárnych meracích prístrojov a prístrojov.

Okrem vyššie uvedených opatrení požadovaných pri používaní bežných prvkov triedy I a II je potrebné dodržať množstvo ďalších podmienok; nepremiestňujte ich z miesta na miesto a nevystavujte ich nárazom, prevracaniu, nepoužívajte ich skôr ako niekoľko dní po preprave alebo po náhlych teplotných výkyvoch.

Normálne prvky Weston musia byť počas prevádzky obzvlášť chránené pred nerovnomerným ohrevom alebo ochladzovaním ich konárov – vplyvom slnečného žiarenia, blízkych ohrievačov alebo studených okien v zime.