2 Міри електрорушійної сили

Мірою електрорушійної сили (ЕРС) постійного струму є нормальний елемент, що має точно відому ЕРС. Нормальні елементи виробляють двох типів − насичені й ненасичені (залежно від стану залитого в нього електроліту − розчину сульфату кадмію).

2.1 Насичений нормальний елемент

Будову насиченого нормального елемента показано на рис. 3.1.

Рис. 3.1 Будова насиченого нормального елемента

Елемент складається з Н-подібної посудини зі влютованими в неї двома виводами, що виконані з платинового дроту. Ці виводи контактують з електродами елемента. Позитивним електродом у цьому елементі є живе срібло 1, негативним − амальгама кадмію (розчин кадмію в живому сріблі).

Вище позитивного електрода міститься шар деполяризатора 2 (суміш сірчанокислого кадмію й сірчанокислого закису живого срібла). Електролітом 4 у цьому елементі є розчин сульфату кадмію у воді, кристали 5 якого осідають на деполяризатор 2 і на негативний електрод 7. У скляній посудині 3 є звуження 6, призначені для утруднення перемішування шарів-компонентів елемента при випадкових нахилах. ЕРС такого елемента при температурі 20 °С перебуває в межах 1,0185...1,0187 В і надзвичайно незначно змінюється з плином часу (десь не більше як 50...100 мкВ протягом року), але залежить від температури. Ця залежність відома для кожного елемента і не перевищує 42 мкВ на кожний градус у межах температури від 20 до 40 °С. Ці елементи мають досить великий власний внутрішній опір (500...1000 Ом) і надзвичайно чутливі до навантаження, їх струм ні за яких обставин не повинен перевищувати 1 мкА протягом однієї хвилини. Саме через це їхню ЕРС не можна контролювати вольтметрами (винятком можуть бути хіба що електронні вольтметри, які мають величину вхідного опору більшу ніж 10⁶ Ом при границі виміру напруги 1...3 В).

Насичений нормальний елемент є надзвичайно чутливим до нахилів, струсів та вібрацій. В описах деяких із цих елементів, наприклад, обумовлено, що їх транспортування треба виконувати, тримаючи елемент на руках. Після будь-якого переміщення такого елемента він має відстоюватися на новому місці майже протягом доби.

2.2 Ненасичені нормальні елементи

Ненасичені нормальні елементи дещо відрізняються від насичених. У них електроліт при температурах, вищих за 4°С, − ненасичений, із нього не випадають кристали. Між електролітом і деполяризатором, з одного боку, і між електролітом і кадмієвою амальгамою − з іншого, встановлено тонкі коркові пористі перегородки, які перешкоджають перемішуванню шарів елемента при нахилах чи при транспортуванні. Ці (ненасичені) елементи мають трохи більшу ЕРС (при 20°С 1,0185...1,0195 В), менший внутрішній опір (десь близько 300 Ом), допускають більший струм (до 10 мкА) і мають значно менший температурний коефіцієнт ЕРС (до 3 мкВ/°С).

Ненасичені нормальні елементи широко використовують як еталони ЕРС для калібрування багатьох точних переносних електронних приладів (у тому числі й цифрових), тоді як насичені елементи використовують лише у стаціонарних засобах вимірювання.

Нормальний елемент розміщують у захисному корпусі, найчастіше пластмасовому. Він необхідний як для захисту скляної посуди від механічних пошкоджень, так і для запобігання можливості появи різниці температур обох її частин та через це − появи неконтрольованої зміни ЕРС елемента. Встановлювати елемент необхідно в затишку, де немає протягів, які б спричиняли появу хоча б незначної різниці температур на сторонах захисного корпусу.

У будь-якому корпусі нормального елемента передбачено отвір для введення всередину термометра, що контролював би температуру повітря чи масла в місці розташування власне нормального елемента.

Нормальні елементи найвищого класу вміщують в металеві перфоровані корпуси, які, для забезпечення рівних температур обох частин елемента, занурюють у масляну ванну.