عنصر ويستون الطبيعي - معيار الإجهاد ومرجع الإجهاد في علم القياس

النوع الرئيسي والوحيد عينة من مقاييس EMF حاليا ، هي عناصر طبيعية ، مشبعة وغير مشبعة (ما يسمى الكادميوم).

العناصر "العادية" الأكثر شيوعًا هي:

• عنصر ويستون الزئبق والكادميوم ؛

• عنصر الزئبق والزنك ملغم كلارك ؛

• عنصر روتين الزنك العادي.

تم إنشاء أول عنصر مشبع طبيعي بواسطة الكيميائي الأمريكي إدوارد ويستون (1850-1936). في عام 1908 تم اعتماد هذه العناصر لاستخدامها في الأغراض المترولوجية.

تتكون الخلية الطبيعية المشبعة من غلاف زجاجي على شكل H مملوء بمواد معينة بداخلها ، ومختومة من الأطراف العليا ، وبأسلاك بلاتينية ملحومة أسفل كل من الأقطاب الكهربائية الفرعية.

رسم تخطيطي للعناصر العادية بواسطة إدوارد ويستون

يحتوي الفرع "الموجب" ، الذي له انقباضان في جزئه السفلي ، على الحشو التالي: 1 - الزئبق (حتى الانقباض الأول) ؛ 2 - معجون مزيل للاستقطاب يتكون من خليط من بلورات مسحوقة من كبريتات الكادميوم CdSO4 8 / 332O وكبريتات الزئبق Hg2SC4 ؛ 3- بلورات كبريتات الكادميوم.

يحتوي الفرع "السالب" على حشوة: 4 - ملغم الكادميوم (12٪ كادميوم ، 88٪ زئبق) و 3 '- بلورات كبريتات الكادميوم ، كما في الفرع الموجب.

تمتلئ الأجزاء الوسطى من الفرعين بمحلول مائي مشبع من كبريتات الكادميوم - 5.

تعمل التضيقات في الأجزاء السفلية من فرعي الوعاء على منع اختلاط الأجزاء المكونة لملء العنصر في حالة اهتزازه.

مع التقيد الصارم بتقنية الإنتاج المعمول بها ، من الممكن الحصول على العناصر العادية (المشبعة) بدرجة عالية من التوحيد من حيث خصائص القياس الخاصة بها.

تتلاءم قيم EMF لعناصر Weston العادية ضمن حدود ضيقة للغاية - من حوالي 1.0185 فولت إلى 1.0187 فولت عند درجة حرارة عنصر تساوي + 20 درجة مئوية ، أي أن التناقض في EMF للعناصر الفردية لا يتجاوز 200 μV.

من الخصائص المهمة جدًا لخلايا ويستون الطبيعية الاستقرار العالي لقيمة EMF لكل خلية فردية في ظل ظروف التخزين والاستخدام المناسبة. يمكن أن تظل قيمة EMF للعنصر العادي دون تغيير لسنوات عديدة بدقة تصل إلى بضع عشرات من الفولتات الدقيقة.

قيمة EMF للعنصر العادي قوية جدًا ، لكنها تعتمد بشكل طبيعي على درجة الحرارة.

تتمتع العناصر المشبعة العادية بمقاومة داخلية تتراوح من 500 إلى 1000 أوم ولا يجب تحميلها بأي حال من الأحوال بتيار أكبر من 1 ميكرو أمبير ، وإلا فقد تصبح قيمة EMF غير مستقرة.

من المستحيل ، على سبيل المثال ، قياس المجال الكهرومغناطيسي لعنصر عادي باستخدام مقياس الفولتميتر ، حيث يجب أن يكون لهذا الأخير مقاومة داخلية لا تقل عن بضعة ميغا أوم. عندما تقوم بتوصيل الفولتميتر بمقاومة أقل ، سيفشل العنصر العادي.

تختلف العناصر الطبيعية غير المشبعة في بنيتها عن المشبعة بشكل أساسي فقط في درجات الحرارة فوق +4 درجة مئوية ، يكون محلول كبريتات الكادميوم فيها غير مشبع ، والبلورات الحرة غائبة.

أيضًا ، نظرًا لأن العناصر غير المشبعة مخصصة أساسًا للعدادات المحمولة ، يتم إدخال الفلين الرقيق في الأجزاء الداخلية من العلب الزجاجية بالقرب من أسطح ملغم الكادميوم في فرع واحد ومعجون إزالة الاستقطاب في الفرع الآخر. بسبب مساميتها ، فإن هذه المقابس لا تعيق عمليات التحليل الكهربائي في الخلية وفي نفس الوقت تمنع اختلاط مكونات الخلية ، حتى عندما تكون الخلية مقلوبة.

تختلف العناصر غير المشبعة عن العناصر المشبعة بخصائص قياسها:

• انخفاض كبير في اعتماد درجة الحرارة على EMF ، فقط 2-3 ميكرو فولت لكل 1 درجة مئوية ، أي 15-20 مرة أقل من العناصر المشبعة ، وهي ميزتها الرئيسية ؛

• قيمة أعلى قليلاً لـ EMF: 1.0185 - 1.0195 فولت عند 20 درجة مئوية ومقاومة داخلية أقل ؛

• ثبات أقل بكثير في المجالات الكهرومغناطيسية ، خاصة في ظروف استخدامها المنتظم ؛

• حمل تيار أعلى مسموح به - حتى 10 μA - بسبب انخفاض متطلبات دقة إعادة إنتاج قيمة EMF.

وفقًا لـ GOST ، يتم إنتاج العناصر المشبعة في فئتين - الأول والثاني ، يتم إنتاج العناصر غير المشبعة كعناصر من الدرجة الثالثة.

يجب أن تُحاط عناصر الفئة الأولى بأغلفة معدنية مثقبة ويُسمح بغمرها في الحمامات المملوءة بزيت المحولات الجاف لمعادلة درجة حرارة فروع العنصر.

يجب وضع عناصر الفئة الثانية في أغلفة خشبية أو بلاستيكية والسماح بقياس درجة الحرارة داخل الغلاف بميزان حرارة.

يجب وضع العناصر غير المشبعة من الفئة III في أغلفة بلاستيكية أو معدنية ذات شكل خاص ، مع ترتيب خاص من البراغي اللولبية المكيفة لتركيب هذه العناصر في أدوات وأدوات قياس محمولة أو ثابتة.

بالإضافة إلى الاحتياطات المذكورة أعلاه المطلوبة عند استخدام عناصر عادية من الصنف الأول والثاني ، يجب مراعاة عدد من الشروط الأخرى ؛ لا تنقلها من مكان إلى آخر ولا تعرضها للصدمات ، أو تتدحرج ، ولا تستخدمها قبل بضعة أيام من نقلها أو بعد تقلبات مفاجئة في درجات الحرارة.

أثناء التشغيل ، يجب حماية عناصر Weston العادية بشكل خاص من التسخين أو التبريد غير المتكافئ لفروعها - تحت تأثير أشعة الشمس أو السخانات القريبة أو النوافذ الباردة في الشتاء.