Вестонов нормални елемент — стандард напона и референца напона у метрологији

Главни и једини тип узорак ЕМФ мере тренутно су то нормални елементи, засићени и незасићени (тзв. кадмијум).

Најчешћи "нормални" предмети су:

• Вестонов елемент жива-кадмијум;

• жива-цинк амалгам Цларк елемент;

• Рутин цинк нормални елемент.

Први нормални засићени елемент створио је амерички хемичар Едвард Вестон (1850—1936). Године 1908. ови елементи су усвојени за употребу у метролошке сврхе.

Нормална засићена ћелија се састоји од стаклене шкољке у облику слова Х испуњене одређеним супстанцама изнутра, запечаћене на горњим крајевима и са платинским жицама залемљеним на дну сваке од њених грананих електрода.

Дијаграм нормалних елемената Едварда Вестона

"Позитивна" грана, која у свом доњем делу има два сужења, има следеће пуњење: 1 — жива (до првог сужења); 2 — деполаризујућа паста која се састоји од мешавине здробљених кристала кадмијум сулфата ЦдСО4 8/332О и живиног сулфата Хг2СЦ4; 3 — кристали кадмијум сулфата.

"Негативна" грана има пуњење: 4 - кадмијум амалгам (12% кадмијум, 88% жива) и 3' - кристали кадмијум сулфата, као у позитивној грани.

Средњи делови две гране испуњени су засићеним воденим раствором кадмијум сулфата - 5.

Сужења направљена у доњим деловима два крака посуде служе за спречавање мешања саставних делова испуне елемента у случају његовог потресања.

Уз стриктно поштовање утврђене технологије производње, могуће је добити нормалне (засићене) елементе са високим степеном униформности у погледу њихових мерних својстава.

Вредности ЕМФ нормалних Вестонових елемената уклапају се у веома уске границе - од око 1,0185 В до 1,0187 В при температури елемента једнакој + 20 ° Ц, односно одступање у ЕМФ појединачних елемената не прелази 200 μВ.

Веома важно својство нормалних Вестонових ћелија је висока стабилност вредности ЕМФ сваке појединачне ћелије у одговарајућим условима складиштења и употребе. Вредност ЕМФ нормалног елемента може остати непромењена дуги низ година са тачношћу од неколико десетина микроволти.

Вредност ЕМФ нормалног елемента је прилично јака, али природно зависи од температуре.

Нормални засићени елементи имају унутрашњи отпор од 500 — 1000 ома и ни у ком случају не би требало да буду оптерећени струјом већом од 1 μА, иначе вредност њиховог ЕМФ може постати нестабилна.

Немогуће је, на пример, измерити ЕМФ нормалног елемента помоћу волтметра, јер би овај други морао да има унутрашњи отпор од најмање неколико мегома. Када укључите волтметар са мањим отпором, нормални елемент ће отказати.

Незасићени нормални елементи у својој структури разликују се од засићених углавном само по томе што је на температурама изнад + 4 ° Ц раствор кадмијум сулфата у њима незасићен, слободни кристали су одсутни.

Такође, пошто су незасићени елементи намењени углавном преносивим бројилима, танки чепови се убацују у унутрашњост стаклених витрина у близини површина кадмијум амалгама у једној грани и деполаризационе пасте у другој грани. Због своје порозности, ови чепови не ометају електролитичке процесе у ћелији и истовремено спречавају мешање компоненти ћелије, чак и када је ћелија инвертирана.

Незасићени елементи се разликују од засићених по својим мерним својствима:

• знатно нижа температурна зависност ЕМФ, само 2 — 3 μВ на 1 ° Ц, тј. 15 — 20 пута мање од засићених елемената, што је њихова главна предност;

• нешто већа вредност ЕМФ: 1,0185 — 1,0195 В на 20 ° Ц и мањи унутрашњи отпор;

• знатно нижа стабилност ЕМФ-а, посебно у условима њихове редовне употребе;

• веће дозвољено струјно оптерећење — до 10 μА — због нижих захтева за тачност репродукције вредности ЕМФ.

Према ГОСТ-у, засићени елементи се производе у две класе — И и ИИ, незасићени елементи се производе као елементи класе ИИИ.

Елементе класе И треба затворити у метално перфорирано кућиште и оставити да се уроне у каде напуњене сувим трансформаторским уљем да би се изједначила температура грана елемента.

Предмети класе ИИ морају бити затворени у дрвена или пластична кућишта и омогућити да се температура унутар кућишта мери термометром.

Незасићени елементи ИИИ класе морају бити затворени у пластична или метална кућишта посебног облика, са посебним распоредом стезних вијака прилагођених за монтажу ових елемената у преносиве или стационарне мерне инструменте и инструменте.

Поред горе наведених мера предострожности које се захтевају када се користе нормални елементи класе И и ИИ, морају се поштовати бројни други услови; не померајте их са места на место и не излажите их ударцима, превртањима, не користите их пре неколико дана након транспорта или након наглих температурних флуктуација.

Током рада, Вестон нормални елементи морају бити посебно заштићени од неравномерног загревања или хлађења њихових грана - под утицајем сунчеве светлости, оближњих грејача или хладних прозора зими.