Нормальный элемент Вестона

[править]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия (не проверялась)

Перейти к: навигация, поиск

Нормальный элемент Вестона, ртутно-кадмиевый элемент — 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.

Следует учесть, что к «нормальным» элементам, кроме элемента Вестона, относятся ещё элемент Кларка (Clark cell; ртутно-цинк-амальгамный: вместо кадмия цинк, предшественник элемента Вестона; E(20 °C) = 1,4268 В) и «ртутно-цинковый нормальный элемент» (обычный ртутно-цинковый гальванический элемент; применялся до 1970-х гг. при требовании высокой механической стойкости; E(20 °C) = (1,352 ±0,002) В). Они, однако, заметно менее стабильны.

Содержание

• 1 История

• 2 Параметры и альтернативы

• 3 Устройство и работа

• 4 Разновидности

• 5 Эксплуатация нормальных элементов

  • 5.1 Токовая нагрузка

  • 5.2 Механическая и тепловая стойкости

  • 5.3 Стабильность и срок службы

  • 5.4 Экологическая опасность

• 6 Источники.

[Править] История

Предложен в 1892 г. Эдуардом Вестоном (Edward Weston); официально принят для метрологических целей в 1908 г. До 1970-х гг. (когда появились квантовые эталоны напряжения на эффекте Джозефсона) элементы были основой национальных эталонов вольта (с периодической сверкой по другим физическим эффектам), также широко использовались в лабораторной и промышленной практике для точных измерений. С 1970-х гг. активно вытеснялись источников опорного напряжения на основе полупроводниковых приборов, становившимися всё более точными. К 2000 г. этот процесс почти завершился; область целесообразного применения нормальных элементов (если не считать старые приборы) сузилась исключительно до использования в составе национальных и международного эталонов Вольта, и в других случаях, когда в стационарных условиях необходим крайне низкий кратковременный дрейф напряжения.

[Править] Параметры и альтернативы

При точных измерениях для удобства применяют единицу измерения ppm (parts per million) — одна миллионная, промил. 1 ppm = 0,0001 %.

Гарантированная временная стабильность термостатированных насыщенных элементов достигает 2 ppm в год (0,5 ppm с учётом систематического дрейфа), а ненасыщенных — 40 ppm в год. У среднего напряжения группы термостатированных насыщенных элементов стабильность достигает 0,1 ppm в год. Среднеквадратическое отклонение (СКО) (корень из среднего квадрата отклонений напряжения от среднего, замеренных с небольшими интервалами — от минут до дней, без учёта предсказуемого систематического дрейфа; характеризует кратковременную нестабильность) группы хорошо термостатированных элементов достигает 0,005 ppm за 8 часов и 0,02 ppm за неделю.

Ближайший конкурент — источники опорного напряжения на основе полупроводниковых приборов (твердотельные меры напряжения), наиболее точные из которых имеют в основе термостатированные стабилитроны с заглублённым p-n переходом (buried zener). Они выгодно отличаются от нормальных элементов по устойчивости к механическим воздействиям; к 2000 г. их гарантируемая годовая стабильность достигла 2 ppm в год (0,5 ppm с учётом систематического дрейфа) и 0,5 ppm за 30 дней (в 1980 г. показатели были примерно в 10 раз хуже). Преимущество нормальных элементов перед ними — малая кратковременная нестабильность: у твердотельных мер, даже при усреднении напряжения группы из нескольких мер, достигнутое СКО только 0,1 ppm (0,02 ppm за несколько минут) из-за того, что они шумят в полосе частот от мегагерц (что не так важно) до тысячных долей герца (а эти частоты отфильтровать крайне сложно).