Elemento Normal de Weston — Padrão de Tensão e Referência de Tensão em Metrologia

O principal e único tipo amostra de medidas EMF atualmente, são elementos normais, saturados e insaturados (o chamado cádmio).

Os itens "normais" mais comuns são:

• elemento de mercúrio-cádmio de Weston;

• amálgama de mercúrio-zinco elemento Clark;

• Rutina zinco elemento normal.

O primeiro elemento saturado normal foi criado pelo químico americano Edward Weston (1850 — 1936). Em 1908, esses elementos foram adotados para uso em fins metrológicos.

Uma célula saturada normal consiste em um invólucro de vidro em forma de H preenchido com certas substâncias no interior, selado nas extremidades superiores e com fios de platina soldados na parte inferior de cada um de seus eletrodos ramificados.

Diagrama de elementos normais por Edward Weston

O ramo "positivo", que possui duas constrições em sua parte inferior, apresenta o seguinte preenchimento: 1 — mercúrio (até a primeira constrição); 2 — pasta despolarizante composta por uma mistura de cristais triturados de sulfato de cádmio CdSO4 8/332O e sulfato de mercúrio Hg2SC4; 3 — cristais de sulfato de cádmio.

Ramo "negativo" tem um recheio: 4 - amálgama de cádmio (12% cádmio, 88% mercúrio) e 3 ' - cristais de sulfato de cádmio, como no ramo positivo.

As partes intermediárias dos dois ramos são preenchidas com uma solução aquosa saturada de sulfato de cádmio - 5.

Os estreitamentos feitos nas partes inferiores dos dois ramos do vaso servem para evitar a mistura das partes constituintes do enchimento do elemento no caso de seu abalo.

Com estrita observância da tecnologia de produção estabelecida, é possível obter elementos normais (saturados) com alto grau de uniformidade em termos de suas propriedades de medição.

Os valores EMF dos elementos Weston normais se encaixam em limites muito estreitos - de cerca de 1,0185 V a 1,0187 V a uma temperatura do elemento igual a + 20 ° C, ou seja, a discrepância no EMF de elementos individuais não excede 200 μV.

Uma propriedade muito importante das células Weston normais é a alta estabilidade do valor EMF de cada célula individual sob condições adequadas de armazenamento e uso. O valor EMF de um elemento normal pode permanecer inalterado por muitos anos com uma precisão de algumas dezenas de microvolts.

O valor EMF de um elemento normal é bastante forte, mas depende naturalmente da temperatura.

Os elementos saturados normais têm uma resistência interna de 500 — 1000 Ohm e sob nenhuma circunstância devem ser carregados com uma corrente maior que 1 μA, caso contrário, o valor de seu EMF pode se tornar instável.

É impossível, por exemplo, medir a FEM de um elemento normal usando um voltímetro, pois este último deveria ter uma resistência interna de pelo menos alguns megohms. Quando você conecta um voltímetro com uma resistência menor, o elemento normal falha.

Os elementos normais insaturados em sua estrutura diferem dos saturados principalmente apenas porque, em temperaturas acima de + 4 ° C, a solução de sulfato de cádmio neles é insaturada, os cristais livres estão ausentes.

Além disso, como os elementos insaturados se destinam principalmente a medidores portáteis, rolhas finas são inseridas no interior das caixas de vidro perto das superfícies do amálgama de cádmio em um ramo e da pasta despolarizante no outro ramo. Devido à sua porosidade, esses tampões não impedem os processos eletrolíticos na célula e ao mesmo tempo impedem a mistura dos componentes da célula, mesmo quando a célula está invertida.

Os elementos insaturados diferem dos elementos saturados por suas propriedades de medição:

• dependência de temperatura significativamente menor de EMF, apenas 2 - 3 μV por 1 ° C, ou seja, 15 — 20 vezes menos que os elementos saturados, que é sua principal vantagem;

• valor ligeiramente maior de EMF: 1,0185 — 1,0195 V a 20 ° C e menor resistência interna;

• estabilidade muito menor de EMF, especialmente nas condições de uso regular;

• carga de corrente permissível mais alta - até 10 μA - devido aos requisitos mais baixos para a precisão da reprodução do valor EMF.

De acordo com o GOST, os elementos saturados são produzidos em duas classes - I e II, os elementos insaturados são produzidos como elementos da classe III.

Os elementos Classe I devem ser colocados em invólucros metálicos perfurados e imersos em banhos preenchidos com óleo de transformador seco para equalizar a temperatura das ramificações do elemento.

Os itens da classe II devem ser colocados em invólucros de madeira ou plástico e permitir que a temperatura no interior do invólucro seja medida com um termômetro.

Os elementos insaturados da Classe III devem ser acondicionados em invólucros plásticos ou metálicos de formato especial, com arranjo especial de parafusos-grampo adaptados para montagem desses elementos em instrumentos e instrumentos de medição portáteis ou estacionários.

Além das precauções acima exigidas ao usar elementos normais de Classe I e II, várias outras condições devem ser observadas; não os mova de um lugar para outro e não os sujeite a impactos, capotamento, não os use antes de alguns dias após o transporte ou após variações bruscas de temperatura.

Durante a operação, os elementos normais Weston devem ser especialmente protegidos contra aquecimento ou resfriamento desigual de seus ramos - sob a influência da luz solar, aquecedores próximos ou janelas frias no inverno.