Normalus Westono elementas – streso standartas ir streso nuoroda metrologijoje

Pagrindinis ir vienintelis tipas EML priemonių pavyzdžiai šiuo metu jie yra įprasti elementai, sotieji ir nesotieji (vadinamasis kadmis).

Dažniausiai pasitaikantys „įprasti“ elementai yra šie:

• Vestono gyvsidabrio-kadmio elementas;

• gyvsidabrio-cinko amalgamos Clark elementas;

• Rutino cinko normalus elementas.

Pirmąjį normalų prisotintą elementą sukūrė amerikiečių chemikas Edwardas Westonas (1850–1936). 1908 m. šie elementai buvo priimti naudoti metrologiniais tikslais.

Įprastą prisotintą elementą sudaro H formos stiklinis apvalkalas, užpildytas tam tikromis medžiagomis viduje, užsandarintas viršutiniuose galuose ir platinos laidais, prilituotais prie kiekvieno jo atšakos elektrodo apačios.

Edvardo Westono įprastų elementų diagrama

„Teigiama“ šaka, kurios apatinėje dalyje yra du susiaurėjimai, turi tokį užpildą: 1 — gyvsidabrio (iki pirmojo susiaurėjimo); 2 — depoliarizuojanti pasta, susidedanti iš susmulkintų kadmio sulfato CdSO4 8/332O ir gyvsidabrio sulfato Hg2SC4 kristalų mišinio; 3 — kadmio sulfato kristalai.

"Neigiama" šaka turi užpildą: 4 - kadmio amalgama (12% kadmio, 88% gyvsidabrio) ir 3' - kadmio sulfato kristalai, kaip ir teigiamoje šakoje.

Dviejų šakų vidurinės dalys užpildomos prisotintu vandeniniu kadmio sulfato tirpalu - 5.

Dviejų indo šakų apatinėse dalyse padaryti susiaurėjimai neleidžia susimaišyti elemento užpildo sudedamosioms dalims, kai jis kratomas.

Griežtai laikantis nustatytos gamybos technologijos, galima gauti normalius (sočiuosius) elementus su dideliu vienodumo laipsniu pagal jų matavimo savybes.

Įprastų Weston elementų EML vertės telpa labai siaurose ribose - nuo maždaug 1,0185 V iki 1,0187 V, kai elemento temperatūra lygi + 20 ° C, ty atskirų elementų EML neatitikimas neviršija 200 μV.

Labai svarbi normalių Weston ląstelių savybė yra didelis kiekvienos atskiros ląstelės EML vertės stabilumas tinkamomis laikymo ir naudojimo sąlygomis. Įprasto elemento EML vertė gali išlikti nepakitusi daugelį metų kelių dešimčių mikrovoltų tikslumu.

Įprasto elemento EML vertė yra gana stipri, tačiau ji natūraliai priklauso nuo temperatūros.

Įprastų sočiųjų elementų vidinė varža yra 500–1000 omų ir jokiu būdu neturėtų būti apkrauta didesne nei 1 μA srove, kitaip jų EML vertė gali tapti nestabili.

Pavyzdžiui, neįmanoma išmatuoti įprasto elemento EML naudojant voltmetrą, nes pastarojo vidinė varža turėtų būti bent keli megaomi. Kai prijungiate voltmetrą su mažesne varža, normalus elementas suges.

Nesotieji normalūs elementai savo struktūra skiriasi nuo sočiųjų daugiausia tik tuo, kad aukštesnėje nei + 4 ° C temperatūroje juose esantis kadmio sulfato tirpalas yra nesotus, nėra laisvų kristalų.

Be to, kadangi nesotieji elementai daugiausia skirti nešiojamiesiems skaitikliams, į vitrinų vidų šalia kadmio amalgamos paviršių vienoje šakoje įkišti ploni kamšteliai, kitoje – depoliarizuojančios pastos. Dėl savo poringumo šie kamščiai netrukdo elektrolitiniams procesams ląstelėje ir tuo pačiu neleidžia maišytis elemento komponentams, net kai elementas yra apverstas.

Nesotieji elementai nuo sočiųjų skiriasi savo matavimo savybėmis:

• žymiai mažesnė EML priklausomybė nuo temperatūros, tik 2 — 3 μV per 1 °C, t.y. 15–20 kartų mažiau nei sočiųjų elementų, o tai yra pagrindinis jų pranašumas;

• šiek tiek didesnė EML vertė: 1,0185 - 1,0195 V esant 20 ° C ir mažesnė vidinė varža;

• daug mažesnis EML stabilumas, ypač jų reguliaraus naudojimo sąlygomis;

• didesnė leistina srovės apkrova – iki 10 μA – dėl mažesnių reikalavimų EML reikšmės atkūrimo tikslumui.

Pagal GOST sotieji elementai gaminami dviejų klasių – I ir II, nesotieji – kaip III klasės elementai.

I klasės elementai turi būti įkišti į metalinius perforuotus korpusus ir leisti panardinti į vonias, užpildytas sausa transformatorine alyva, kad elementų šakų temperatūra būtų išlyginta.

II klasės daiktai turi būti uždėti mediniuose arba plastikiniuose korpusuose ir leisti termometru matuoti temperatūrą korpuso viduje.

III klasės nesotieji elementai turi būti įkišti į specialios formos plastikinius arba metalinius korpusus su specialiu spaustuvų-sraigtų išdėstymu, pritaikytu šiems elementams tvirtinti nešiojamuose arba stacionariuose matavimo prietaisuose ir prietaisuose.

Be pirmiau minėtų atsargumo priemonių, reikalingų naudojant įprastus I ir II klasės elementus, reikia laikytis keleto kitų sąlygų; nejudinkite jų iš vienos vietos į kitą ir neduokite smūgiams, neapverskite, nenaudokite anksčiau nei praėjus kelioms dienoms po transportavimo arba staigių temperatūros svyravimų.

Eksploatacijos metu Weston normalūs elementai turi būti ypač apsaugoti nuo netolygaus jų šakų įkaitimo ar aušinimo – veikiami saulės spindulių, šalia esančių šildytuvų ar šaltų langų žiemą.