Elemento normal de Weston: estándar de tensión y referencia de tensión en metrología

El principal y único tipo muestras de medidas EMF actualmente, son elementos normales, saturados e insaturados (el llamado cadmio).

Los artículos "normales" más comunes son:

• celda de mercurio-cadmio de Weston;

• amalgama de mercurio-zinc elemento de Clark;

• Rutina zinc elemento normal.

El primer elemento saturado normal fue creado por el químico estadounidense Edward Weston (1850-1936). En 1908 estos elementos fueron adoptados para su uso con fines metrológicos.

Una celda saturada normal consta de una cubierta de vidrio en forma de H llena de ciertas sustancias en su interior, sellada en los extremos superiores y con alambres de platino soldados en la parte inferior de cada uno de sus electrodos de rama.

Diagrama de elementos normales por Edward Weston

La rama "positiva", que tiene dos constricciones en su parte inferior, tiene el siguiente relleno: 1 — mercurio (hasta la primera constricción); 2 — pasta despolarizante compuesta por una mezcla de cristales triturados de sulfato de cadmio CdSO4 8/332O y sulfato de mercurio Hg2SC4; 3 — cristales de sulfato de cadmio.

La rama "negativa" tiene un relleno: 4 - amalgama de cadmio (12% de cadmio, 88% de mercurio) y 3' - cristales de sulfato de cadmio, como en la rama positiva.

Las partes medias de las dos ramas se llenan con una solución acuosa saturada de sulfato de cadmio - 5.

Los estrechamientos practicados en las partes inferiores de las dos ramas del recipiente sirven para evitar la mezcla de las partes constituyentes del relleno del elemento en caso de agitación del mismo.

Con estricta observancia de la tecnología de producción establecida, es posible obtener elementos normales (saturados) con un alto grado de uniformidad en términos de sus propiedades de medición.

Los valores EMF de los elementos Weston normales se ajustan a límites muy estrechos, desde aproximadamente 1,0185 V hasta 1,0187 V a una temperatura del elemento igual a + 20 ° C, es decir, la discrepancia en el EMF de los elementos individuales no supera los 200 μV.

Una propiedad muy importante de las celdas Weston normales es la alta estabilidad del valor EMF de cada celda individual en condiciones adecuadas de almacenamiento y uso. El valor EMF de un elemento normal puede permanecer sin cambios durante muchos años con una precisión de unas pocas decenas de microvoltios.

El valor EMF de un elemento normal es bastante fuerte, pero naturalmente depende de la temperatura.

Los elementos saturados normales tienen una resistencia interna de 500 a 1000 ohmios y bajo ninguna circunstancia deben cargarse con una corriente superior a 1 μA, de lo contrario, el valor de su EMF puede volverse inestable.

Es imposible, por ejemplo, medir la EMF de un elemento normal utilizando un voltímetro, ya que este último debería tener una resistencia interna de al menos algunos megaohmios. Cuando conecta un voltímetro con una resistencia más baja, el elemento normal fallará.

Los elementos normales insaturados en su estructura difieren de los saturados principalmente solo en que a temperaturas superiores a + 4 ° C, la solución de sulfato de cadmio en ellos está insaturada, los cristales libres están ausentes.

Además, dado que los elementos no saturados están destinados principalmente a medidores portátiles, se insertan corchos delgados en el interior de las cajas de vidrio cerca de las superficies de la amalgama de cadmio en una rama y la pasta despolarizante en la otra rama. Debido a su porosidad, estos tapones no impiden los procesos electrolíticos en la celda y al mismo tiempo evitan la mezcla de los componentes de la celda, incluso cuando la celda está invertida.

Los elementos no saturados difieren de los elementos saturados por sus propiedades de medición:

• dependencia significativamente menor de la temperatura de EMF, solo 2 - 3 μV por 1 ° C, es decir 15 — 20 veces menor que la de los elementos saturados, que es su principal ventaja;

• valor ligeramente más alto de EMF: 1.0185 — 1.0195 V a 20 ° C y menor resistencia interna;

• mucho menor estabilidad de EMF, especialmente en las condiciones de su uso regular;

• mayor carga de corriente permisible, hasta 10 μA, debido a los requisitos más bajos para la precisión de reproducción del valor EMF.

Según GOST, los elementos saturados se producen en dos clases: I y II, los elementos no saturados se producen como elementos de clase III.

Los elementos de Clase I deben encerrarse en carcasas perforadas de metal y permitir que se sumerjan en baños llenos de aceite de transformador seco para igualar la temperatura de las ramas del elemento.

Los artículos de clase II deben estar encerrados en cubiertas de madera o plástico y permitir que la temperatura dentro de la cubierta se mida con un termómetro.

Los elementos no saturados Clase III deben estar encerrados en cubiertas plásticas o metálicas de forma especial, con un arreglo especial de abrazaderas-tornillos adaptados para montar estos elementos en instrumentos e instrumentos de medición portátiles o estacionarios.

Además de las precauciones anteriores requeridas cuando se usan elementos normales de Clase I y II, se deben observar una serie de otras condiciones; no los mueva de un lugar a otro y no los someta a golpes, vuelcos, no los use antes de unos días después de su transporte o después de cambios bruscos de temperatura.

Durante el funcionamiento, los elementos normales de Weston deben protegerse especialmente del calentamiento o enfriamiento desigual de sus ramas, bajo la influencia de la luz solar, calentadores cercanos o ventanas frías en invierno.