Westonův normální prvek — Stress Standard a Stress Reference in Metrology

Hlavní a jediný typ vzorová měření EMF v současnosti jsou to normální prvky, nasycené i nenasycené (tzv. kadmium).

Nejběžnější "normální" položky jsou:

• Westonův prvek rtuť-kadmium;

• amalgám rtuť-zinek Clarkův prvek;

• Rutin zinek normální prvek.

První normální nasycený prvek vytvořil americký chemik Edward Weston (1850 — 1936). V roce 1908 byly tyto prvky přijaty pro použití pro metrologické účely.

Normální nasycený článek se skládá ze skleněného pláště ve tvaru H naplněného určitými látkami uvnitř, utěsněného na horních koncích a s platinovými dráty připájenými ke spodní části každé z jeho odbočných elektrod.

Diagram normálních prvků od Edwarda Westona

"Pozitivní" větev, která má ve své spodní části dvě zúžení, má následující náplň: 1 — rtuť (až do první zúžení); 2 — depolarizační pasta sestávající ze směsi drcených krystalů síranu kademnatého CdSO4 8/332O a síranu rtuťnatého Hg2SC4; 3 — krystaly síranu kademnatého.

"Negativní" větev má náplň: 4 - amalgám kadmia (12% kadmium, 88% rtuti) a 3' - krystaly síranu kademnatého, jako v pozitivní větvi.

Střední části dvou větví jsou naplněny nasyceným vodným roztokem síranu kademnatého - 5.

Zúžení provedená ve spodních částech dvou větví nádoby slouží k zabránění promíchání jednotlivých složek náplně prvku v případě jeho otřesu.

Při přísném dodržení zavedené technologie výroby je možné získat normální (nasycené) prvky s vysokou mírou jednotnosti z hlediska jejich měřicích vlastností.

Hodnoty EMF normálních prvků Weston se vejdou do velmi úzkých mezí — od cca 1,0185 V do 1,0187 V při teplotě prvku rovné + 20 °C, tj. nesoulad v EMF jednotlivých prvků nepřesahuje 200 μV.

Velmi důležitou vlastností normálních Westonových článků je vysoká stabilita hodnoty EMF každého jednotlivého článku za správných podmínek skladování a použití. Hodnota EMF normálního prvku může zůstat nezměněna po mnoho let s přesností několika desítek mikrovoltů.

Hodnota EMF normálního prvku je poměrně silná, ale přirozeně závisí na teplotě.

Normální nasycené prvky mají vnitřní odpor 500 — 1000 Ohm a za žádných okolností by neměly být zatěžovány proudem větším než 1 μA, jinak se hodnota jejich EMF může stát nestabilní.

Je například nemožné měřit EMF normálního prvku pomocí voltmetru, protože ten by musel mít vnitřní odpor alespoň několik megaohmů. Když zapojíte voltmetr s nižším odporem, normální prvek selže.

Nenasycené normální prvky se svou strukturou liší od nasycených především tím, že při teplotách nad + 4 ° C je roztok síranu kademnatého v nich nenasycený, volné krystaly chybí.

Vzhledem k tomu, že nenasycené prvky jsou určeny především pro přenosná měřidla, jsou do vnitřku skleněných vitrín v blízkosti povrchů kadmiového amalgámu v jedné větvi vkládány tenké korkové zátky a ve druhé větvi depolarizační pasta. Tyto zátky díky své pórovitosti nebrání elektrolytickým procesům v článku a zároveň zabraňují promíchání složek článku, i když je článek obrácený.

Nenasycené prvky se liší od nasycených prvků svými měřicími vlastnostmi:

• výrazně nižší teplotní závislost EMF, pouze 2 — 3 μV na 1 °C, tzn. 15-20krát méně než u nasycených prvků, což je jejich hlavní výhoda;

• mírně vyšší hodnota EMF: 1,0185 — 1,0195 V při 20 °C a nižším vnitřním odporu;

• mnohem nižší stabilita EMF, zejména v podmínkách jejich pravidelného používání;

• vyšší přípustné proudové zatížení — až 10 μA — z důvodu nižších požadavků na přesnost reprodukce hodnoty EMF.

Podle GOST se nasycené prvky vyrábějí ve dvou třídách — I a II, nenasycené prvky se vyrábějí jako prvky třídy III.

Prvky třídy I by měly být uzavřeny v kovových perforovaných pouzdrech a ponořeny do lázní naplněných suchým transformátorovým olejem, aby se vyrovnala teplota větví prvků.

Předměty třídy II musí být uzavřeny v dřevěných nebo plastových obalech a umožnit měření teploty uvnitř obalu teploměrem.

Nenasycené prvky třídy III musí být uzavřeny v plastových nebo kovových pouzdrech zvláštního tvaru se zvláštním uspořádáním upínacích šroubů uzpůsobených k montáži těchto prvků do přenosných nebo stacionárních měřicích přístrojů a přístrojů.

Kromě výše uvedených opatření požadovaných při použití běžných prvků třídy I a II je třeba dodržet řadu dalších podmínek; nepřenášejte je z místa na místo a nevystavujte je nárazům, převracení, nepoužívejte je dříve než několik dní po přepravě nebo po náhlých výkyvech teplot.

Normální prvky Weston musí být během provozu zvláště chráněny před nerovnoměrným zahříváním nebo ochlazováním jejich větví - pod vlivem slunečního záření, blízkých topidel nebo studených oken v zimě.