Élément normal de Weston - Norme de contrainte et référence de contrainte en métrologie

Le type principal et unique exemples de mesures EMF actuellement, ce sont des éléments normaux, saturés et insaturés (appelés cadmium).

Les éléments "normaux" les plus courants sont :

• élément mercure-cadmium de Weston;

• amalgame mercure-zinc élément de Clark ;

• Élément normal de zinc de rutine.

Le premier élément saturé normal a été créé par le chimiste américain Edward Weston (1850 - 1936). En 1908, ces éléments ont été adoptés pour une utilisation à des fins métrologiques.

Une cellule saturée normale consiste en une coque en verre en forme de H remplie de certaines substances à l'intérieur, scellée aux extrémités supérieures et avec des fils de platine soudés au bas de chacune de ses électrodes de branche.

Diagramme des éléments normaux par Edward Weston

La branche "positive", qui a deux étranglements dans sa partie inférieure, a le remplissage suivant : 1 - mercure (jusqu'au premier étranglement) ; 2 — pâte dépolarisante constituée d'un mélange de cristaux broyés de sulfate de cadmium CdSO4 8/332O et de sulfate de mercure Hg2SC4 ; 3 — cristaux de sulfate de cadmium.

La branche "négative" a un remplissage: 4 - amalgame de cadmium (12% de cadmium, 88% de mercure) et 3 ' - cristaux de sulfate de cadmium, comme dans la branche positive.

Les parties médianes des deux branches sont remplies d'une solution aqueuse saturée de sulfate de cadmium - 5.

Les rétrécissements pratiqués dans les parties inférieures des deux branches de la cuve servent à empêcher le mélange des parties constitutives du remplissage de l'élément en cas de secousse.

Dans le strict respect de la technologie de production établie, il est possible d'obtenir des éléments normaux (saturés) avec un degré élevé d'uniformité en termes de propriétés de mesure.

Les valeurs EMF des éléments Weston normaux s'inscrivent dans des limites très étroites - d'environ 1,0185 V à 1,0187 V à une température d'élément égale à + 20 ° C, c'est-à-dire l'écart dans l'EMF des éléments individuels ne dépasse pas 200 μV.

Une propriété très importante des cellules Weston normales est la grande stabilité de la valeur EMF de chaque cellule individuelle dans des conditions appropriées de stockage et d'utilisation. La valeur EMF d'un élément normal peut rester inchangée pendant de nombreuses années avec une précision de quelques dizaines de microvolts.

La valeur EMF d'un élément normal est assez forte, mais elle dépend naturellement de la température.

Les éléments saturés normaux ont une résistance interne de 500 à 1000 Ohm et ne doivent en aucun cas être chargés avec un courant supérieur à 1 μA, sinon la valeur de leur FEM peut devenir instable.

Il est impossible, par exemple, de mesurer la FEM d'un élément normal à l'aide d'un voltmètre, car ce dernier devrait avoir une résistance interne d'au moins quelques mégohms. Lorsque vous branchez un voltmètre avec une résistance inférieure, l'élément normal échouera.

Les éléments normaux insaturés dans leur structure ne diffèrent des éléments saturés principalement que par le fait qu'à des températures supérieures à + 4 ° C, la solution de sulfate de cadmium qu'ils contiennent est insaturée, les cristaux libres sont absents.

Aussi, les éléments insaturés étant principalement destinés aux compteurs portables, des bouchons minces sont insérés à l'intérieur des vitrines à proximité des surfaces de l'amalgame de cadmium dans une branche et de la pâte dépolarisante dans l'autre branche. En raison de leur porosité, ces bouchons n'entravent pas les processus électrolytiques dans la cellule et empêchent en même temps le mélange des composants de la cellule, même lorsque la cellule est inversée.

Les éléments insaturés diffèrent des éléments saturés par leurs propriétés de mesure :

• dépendance à la température nettement inférieure de l'EMF, seulement 2 - 3 μV par 1 ° C, c'est-à-dire 15 à 20 fois moins que celle des éléments saturés, ce qui est leur principal avantage ;

• valeur EMF légèrement supérieure: 1,0185 - 1,0195 V à 20 ° C et résistance interne inférieure;

• stabilité beaucoup plus faible des champs électromagnétiques, en particulier dans les conditions de leur utilisation régulière;

• charge de courant admissible plus élevée - jusqu'à 10 μA - en raison des exigences moindres en matière de précision de reproduction de la valeur EMF.

Selon GOST, les éléments saturés sont produits en deux classes - I et II, les éléments insaturés sont produits en tant qu'éléments de classe III.

Les éléments de classe I doivent être enfermés dans des boîtiers métalliques perforés et autorisés à être immergés dans des bains remplis d'huile de transformateur sèche pour égaliser la température des branches de l'élément.

Les articles de la classe II doivent être enfermés dans des enveloppes en bois ou en plastique et permettre de mesurer la température à l'intérieur de l'enveloppe avec un thermomètre.

Les éléments non saturés de la classe III doivent être enfermés dans des boîtiers en plastique ou en métal de forme spéciale, avec un agencement spécial de vis de serrage adapté au montage de ces éléments dans des instruments et instruments de mesure portatifs ou fixes.

En plus des précautions ci-dessus requises lors de l'utilisation d'éléments normaux de classe I et II, un certain nombre d'autres conditions doivent être respectées ; ne les déplacez pas d'un endroit à l'autre et ne les soumettez pas à des chocs, retournez-les, ne les utilisez pas avant quelques jours après leur transport ou après de brusques variations de température.

Pendant le fonctionnement, les éléments normaux Weston doivent être particulièrement protégés contre le chauffage ou le refroidissement irrégulier de leurs branches - sous l'influence de la lumière du soleil, des radiateurs à proximité ou des fenêtres froides en hiver.