НОРМАЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ВЕСТОНА

Нормальный элемент Вестона

(далее НЭ) — ещё его называют ртутно-кадмиевым — гальванический элемент, ЭДС которого весьма стабильна во времени и воспроизводима от экземпляра к экземпляру. Применяется в качестве источника опорного напряжения (ИОН) либо эталона напряжения в метрологии, при воспроизведении и измерении постоянных напряжений.

Устройство и работа НЭ

Положительный электрод — ртуть (2), контактирующая с пастами из кристаллов сульфата ртути (I) Hg2SO4 (3) и гидрата сульфата кадмия CdSO4*8/3H2O (4).

Отрицательный электрод — 8…12,5%-я амальгама (раствор в ртути) кадмия (1), контактирующая с пастой из кристаллов гидрата сульфата кадмия CdSO4*8/3H2O (4).

Электролит (5) — раствор сульфата кадмия CdSO4, чаще всего с небольшой (нормальностью обычно 0,03…0,08) добавкой серной кислоты для предотвращения гидролиза сульфата ртути, снижения его растворимости и снижения скорости растворения стекла (в чём и заключается различие между «нейтральными» и «кислотными» НЭ).

Теоретически ЭДС насыщенного НЭ при 20 °C составляет E(20 °C) = 1,0183В

Химизм работы:

К (+) Hg,Hg2SO4/SO42-//Cd2+/Cd (-) A

A (-) Cd -2e = Cd2+

K(+)Hg2SO4 + 2e = 2Hg + SO42-

Токообразующая реакция: Cd + Hg2SO4 ? Cd2+ + 2Hg + SO42-.

Измерение ЭДС компенсационным методом

Установка состоит из цепи аккумулятора I и боковой цепи II.

В цепи I ток от аккумулятора (Еа) подается на реохордную проволоку АВ длиной 1м, натянутую на линейку с делениями и представляющую собой сопротивление некоторой определенной величины.


В боковой цепи II параллельно по отношению к ЭЛС аккумулятора с помощью переключателя П переключается один из элементов: элемент, ЭДС которого надо измерить Ех (положение переключателя 1), или нормальный элемент Вестона Ев (положение переключателя 2).

При параллельном включении аккумулятора и элементов Ех и Ев ЭДС и токи в цепях I и II будут направлены в противоположные стороны. Передвигая контакт К вдоль проволоки реохорда, можно найти такое его положение, при котором в боковой цепи II не будет протекать ток.

Этот момент соответствует компенсации ЭДС исследуемого элемента Ех некоторой вполне определенной частью ЭДС аккумулятора. Падение напряжения вдоль проволоки происходит пропорционально ее длине.

Поскольку полное падение напряжения для аккумулятора происходит на длине всей проволоки АВ, а полное падение напряжения исследуемого элемента Ех в момент компенсации – на части ее, равной АКх, то можно записать

Казалось, что, измерив длину реохородной проволоки при компенсации исследуемого элемента и зная величину Еа, можно было бы вычислить Ех. Однако ЭДС аккумулятора не является постоянной величиной. Во время работы аккумулятора она непрерывно изменяется. Чтобы исключить в расчетах переменное значение Еа, производят еще один опыт.

С помощью переключателя П отключают исследуемый элемент Ех и в боковую цепь включают эталонный элемент с известной и постоянной величиной – элемент Вестона.

Аналогично находим положение АКв, при котором достигается компенсация ЭДС элемента Вестона Ев.