> Техника, страница 66 > Нормальный элемент вестона

Нормальный элемент вестона

Нормальный элемент вестона, эталон (образцовая мера) единицы электродвижущей силы—международного вольта II. э. Вестона представляет собой обратимый гальванический элемент, имеющий при постоянной ί° и давлении устойчивую эдс, п м. б. точно воспроизведен при его изготовлении по определенным, наперед установленным правилам (спецификации)."Следует различать два типа Н. э. Вестона: международный Н. э. и кадмиевый элемент.

Международный Н. э. принят Международной конференцией по электрич. единицам и эталонам в Лондоне (19Э8 г.) в качестве международного эталона эдс и должен приготовляться согласно спецификации, установленной этой конференцией. Он имеет следующую структуру:*

-K:dJ(Hg)[CdS0₄-e/3 H₂OKCdSOi)[Hg₂SO,](Hg) + Согласно спецификации, в качестве электролита служит насыщенный раствор CdS0₄с избытком кристаллов CdSCVVsHaO· Положительный электрод состоит из Ilg, а отрицательный—из амальгамы, содержащей 12,5%

• Квадратные скобки обозначают твердый ингре-д цент, а круглые—жидкий.

по весу Cd и 87,5% Hg. Деполяризатор, который находится у положительного электрода, представляет собой пасту, состоящую из смеси Hg₂SC>4 с размельченными кристаллами CdS0₄-⁸/₃H₂0 и его водного -насыщенного раствора. В качестве оболочки рекомендуется стеклянный сосуд Н-образной формы. Проводники, проходящие через стекло к электродам, должны быть приготовлены из платиновой проволоки, которая не должна касаться электролита. Амальгама помещается в одной ветви элемента, Hg—в другой. Деполяризатор помещается над Hg и в каждую ветвь вводится слой кристаллов CdS0₄-⁸/₃H₂0. Сосуд наполняется насыщенным раствором CdS0₄ и герметически запаивается.

Международные Н. э. приготовляются в главнейших государственных метрологии, лабораториях различных стран, в СССР—

в Главной палате мер и весов. Эти лаборатории выработали свои подробные спецификации для приготовления материалов, входящих в состав Н. э., и его наполнения, которыми обеспечивается высокая степень их воспро-, изводимости, дости-

^фиг- гающая0,002%(эдс различных партий Н. э., приготовленных в разное время согласно этим спецификациям, отличается от партии к партии не более, чем на 2-10^-8 V). На фигуре 1 дано схематич. изображение Н. э., приготовляемых Главной палатой мер и весов. Здесь А—анодная ветвь,В—катодная, обе диаметром ок. 12 миллиметров; I)—ртуть, отделенная перетяжкой от остальной части катодной ветви; эта перетяжка затрудняет проникновение Hg в вышележащую часть ветви при опрокидывании или встряхивании элемента, благодаря чему элемент становится устойчивым к условиям перевозки; В—паста, Я—размельченные кристаллы CdS0₄-⁸/₃H₂0, насыпаемые до второй верхней перетяжки катодной ветви. В анодной ветви: G означает амальгаму, заполняющую нижнюю ее часть, Л—размельченные кристаллы CdS0₄-⁸/₃H₂0, насыпаемые также до сужения в анодной ветви. Насыщенный раствор F сернокислого кадмия наполняет обе ветви немного выше соединительной трубки Ж с 0 ~ 9 миллиметров; С—цилиндрич. отростки 0~ 9 миллиметров, служащие для наполнения элемента и запаиваемые на высоте ок. 20 миллиметров выше их основания. Платиновые проволочки впаяны в нижние части обеих ветвей ивнутри сосуда амальгамированы. Общие размеры элемента: ширина ~ 55 миллиметров, высота ~ 70 миллиметров; общий вес элементов в футляре ~ 650 г.

Кроме Н. э. классич. Й-образной формы в Главной палате мер и весов выработаны и приготовляются II. э. новой формы с концентрически расположенными ветвями, имеющей перед Н-образной формой известные преимущества в смысле портативности,уменьшения числа спаянных мест у стеклянной оболочки и более благоприятных Г-ных условий. Схема элемента этой формы изображена на фигуре 2. Катодная ветвь В 0 ок. 11 миллиметров входит внутрь анодной ветви А, имеющей 0 ~ 24 миллиметров, так что снаружи выступает только ее нижняя часть. Цилиндрич. отросток С 0 ~ 13 миллиметров служит для наполнения элемента, и в целях облегчения наполнения обеих ветвей расположен несимметрично по отношению к их оси. Буквы D, E, F,

G, Н имеют те же значения, что и на фигуре 1.

Общие размеры элемента след.: наибольший диаметр ~ 24 ли, высота до основания отростка С ~ 33 миллиметров, а вместе с отростком ~ 60 миллиметров; общий вес элемента в металлическом футляре ~ 260 г, в деревянном ~ 140 г.

Эдс международного Н. э. Вестона была установлена в 1910 году в Вашингтоне особой Технич. комиссией, состоявшей из представителей метрологии, лабораторий Англии, Германии, США и Франции, с точностью до-

10^-4 V: 17= 1,0183 международного вольта при 20°. Современная точная электрометрия требует уже знания пятого знака после запятой, к-рый определяется путем сравнения с основным эталоном вольта, хранимым в государственных метрологии, лабораториях. Этот пятый знак не одинаков у различных элементов. Одним из главных достоинств

H. э. является его малый <°-ный коэф. Для определения эдс нормального элемента при различных температурах между 0 и 40° Лондонской конференцией 1908 г. принята следующая формула:

Е,=Е_ю - 0,0000406(1 - 20) -

-0,00000095 (< - 20)² + 0,00000001 (f - 20)³. Ф-ла применима только в том случае, когда обе ветви находятся при одной и той же ί°; это объясняется тем, что обе ветви имеют большие температурные коэф-ты. почти одинаковые по величине, действующие на эдс в конечном счете компенсирующе. Внутреннее сопротивление Н. э. колеблется в пр -делах 5004-1 000 й.

Основным эталоном международного вольта η Главной палате мер и весов служила группа на 20 Н. э., приготовленных в 1910 году В 1922 г. входящие в эту группу элементы были отобраны из числа наиболее устойчивых, сохранившихся к тому времени. Их эдс установлена на основании сравнения с элементами Национальной физической лаборатории в Англии, эдс которых была определена по серебряным вольтаметрам (смотрите) Технич. комиссии 1910 г. в Вашингтоне, а также на основании непосредственных определений их эдс по серебряному вольтаметру в Главной палате в 1910 и 1912 гг. С марта месяца 1929 г. значение международного вольта, определяемое указанной выше группой, перенесено на вторую эталонную группу, образованную в 1928 г. из 20 Н. э., приготовленных ι Главной палате в период времени с сентября 1927 г. по апрель 1928 г.; эта группа т. о. и является в настоящее время (1930 г.) хранителем величины международного вольта СССР.

Кроме чисто метрология, области применения международные Н. э. получили широкое распространение в качестве рабочих эталонов в исследовательских лабораториях, особенно в связи с увеличением применения в лабораторной практике компенсационных приборов для измерения эдс и силы тока.

Фигура 2.

Величина их эдс при бережном обращении с ними остается постоянной в течение довольно продолжительного промежутка времени, достигающего десятка лет; затем она начинает падать.

Главная палата рекомендует нижеследующие меры предосторожности при работе с Н. э.: 1) через Н. а. нельзя пропускать или брать от него ток более, чем в 0,000001 Л.; 2) температура окружающей 11. я. среды не должна подвергаться резким колебаниям; 3) катодные и анодные электроды Н. э. должны находиться при одинаковой Г; 4) II. я. должен предохраняться от прямого действия солнечных лучей, а также от действия сильных источников света и тепла; 5) при точных работах необходимо погружать Н. э., находящийся в металлическом футляре, в трансформаторное масло, причем последнее должен быть совершенно сухим; 6) нс рекомендуется работать с Н. э. при Г ниже 8° и выше 30°; 7) Н. э. рекомендуется периодически через год поверять в Главной палате мер и весов.

Кадмиевый элемент Вестона, в отличие от описанного выше международного Н. э., не содержит при обычной комнатной темп-ре кристаллов CdS0₄-⁸/₃ Н₂0; в качестве электролита служит раствор CdS0₄, насыщенный при 4°, а следовательно не насыщенный при более высокой темп-ре. Этот элемент, строго говоря, не может считаться Н. э., т. к. от действия электрического тока изменяется концентрация его электролита, а следовательно и эдс. Воспроизводимость и устойчивость кадмиевого элемента значительно ниже, нежели международного Н. э. Средняя эдс кадмиевого элемента, непосредственно по его изготовлении, составляет ок. 1,0186 международного вольта с колебаниями в ту или другую сторону на величину порядка ΙΟ^-4 V/Уменьшение эдс с течением времени достигает у многих элементов 8-10^-5 V в год. Преимущества кадмиевого элемента заключаются в сравнительно небольшом и одинаковом сопротивлении порядка 300 и и в очень малом (°-ном коэф-те, меньшем ΙΟ^-5 V, которым можно в большинстве случаев пренебрегать. Кадмиевый элемент пользуется большим распространением в лабораторной практике, мало по малу уступая свое место международному нормальному элементу.

Кадмиевый элемент Вестона появился в 1892 году, когда Эдвард Вестон взял на него патент. С 1900 г. оп подвергался детальному изучению в Национальной физич. лаборатории в Апглии, Физпно-технич. ин-те в Германии, в Бк>ро стандартов в США и в других метрологии. лабораториях. В результате изучения был выработан тип международного Н. э. Вестона, к-рый был рекомендован Лондонской конференцией 1908 г. и с этого времепп введен в практику. До того в качестве эталона употреблялся Н. э. Латимера Кларка, в к-ром вместо Cd и его соли применялся Zn и его сернокислая соль; в настоящее время Н. э. Латимера Кларка вышел из употребления.

Лит.: Маликов М. <Р., Эталон международного вольта, «Временник Главной палаты мер и весов», Л., 1925, вып. 1 (13); Колосов А. К., Международный нормальный элемент Вестона, там же, 1929, вып. 3 (15); Маликов Μ. Ф., Новая форма нормальных элементов Вестона, там же; Jaeger W. und L i n d e c k St., Untersuchungen uber Normal-Klemente, insbesondere uber d. Westonische Kadmium-K1 emente, «Ztechr. iiir Instrumentenkunde», B., 1901. Ii. 21; W о I f Г F. A. and Waters C. E., Clark and Weston Standard Cell, «Bull, of Bureau of Standards», Wasehington, 1907. v. 4; Smtt h F. E., The Normal Weston Cadmium Cell, «National Physical Laboratory Collected Researches», London, 1908, v. 4; Janet P. et Jouaust R., L’ClCment Ctalon au cadmium, «Tra-vaux du Laboratoire Central dElectricitd», P.,1912, t. 2; v. Stein w eh r H. u. S chu I z e A., Nach-prilfung d. E. Μ. K. d. internationalen Westonelements inlt Hilfe d. Silbervoltameters. «Ztschr. fiir Instruinen-tenkundc», B., 1922, B. 42; Epplcy M. Standard Electrical Cells, «Journ. of the Franklin Institute», Philadelphia, 192G, V. 201. А. Колосов и M. Маликов.