Ампер-весы
Ампе́р-весы́, называемые также токовые весы — электромеханический прибор, используемый для точного воспроизведения единиц силы электрического тока — ампер, с целью поверки электроизмерительных приборов.
Общие сведения
Как известно: «Ампер — сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади круглого поперечного сечения, расположенным на расстоянии 1 метра один от другого в вакууме, вызывал бы между этими проводниками силу взаимодействия, равную 2·10-7 ньютона на каждый метр длины»[1]. Формулировка содержит понятие бесконечно тонких и бесконечно длинных проводников, которые на практике невозможно реализовать. Поэтому для решения реальных задач было разработано специальное электромеханическое устройство с проводниками конечных размеров — ампер-весы. С их помощью получают данные позволяющие на основе законов электродинамики рассчитать искомую силу тока.
Первые ампер-весы разработаны в 1882 году британским физиком Уильямом Томсоном (лордом Кельвином). Отличительной чертой конструкции является компактность и точность, обусловленная тем, что сила тока определяется силой взаимодействия двух коаксиальных однослойных соленоидов[2].
Конструкция и работа
По своей конструкции ампер-весы аналогичны аналитическим весам, у которых одна из чашек заменена на взаимодействующие проводники. Весы изготовляются из немагнитных материалов. Измеряемая сила тока определяется по силе взаимодействия двух проводников, выполненных в виде коаксиальных однослойных соленоидов, электрически соединённых последовательно. Сила взаимодействия соленоидов уравновешивается весом гирь, определяемых по формуле: [math]\displaystyle{ F_1=mg }[/math] (см. рисунок), где [math]\displaystyle{ m }[/math] — масса гири, а [math]\displaystyle{ g }[/math] — ускорение свободного падения[3].
Сила взаимодействия соленоидов вычисляется по выражению [math]\displaystyle{ F_2=cI^2 }[/math] , в котором [math]\displaystyle{ I }[/math] — сила тока, а [math]\displaystyle{ c }[/math] — нормировочный коэффициент определяемый геометрией проводников.
При достижении равновесия выполняется равенство: [math]\displaystyle{ F_1=F_2 }[/math] , которое легко преобразуется в выражение: [math]\displaystyle{ mg=cI^2 }[/math] , а далее, в окончательную формулу:
Сила тока, вычисляемая по этой формуле, и является эталонным значением при поверке электроизмерительных приборов[3].
Возникающие погрешности
Погрешность измерения при использовании ампер-весов зависит от точности определения коэффициента [math]\displaystyle{ c }[/math] , точности принятого значения ускорения [math]\displaystyle{ g }[/math] и фактического магнитного влияния окружающей среды[4].
Относительная погрешность эталонных ампер-весов составляет порядка 0,001 %[5].
См. также
Примечания
- ↑ Принято на IX Генеральной конференции по мерам и весам в 1948 г.
- ↑ Current Balance // Website Electrical Measurements. Дата обращения: 28 ноября 2015. Архивировано 12 апреля 2016 года.
- ↑ 3,0 3,1 Тюрин Н. И. В поисках точности, 2 изд., — М., Изд-во: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960. −246 с., тир. 15000.
- ↑ Augustyn Chwaleba, Maciej Poniński, Andrzej Siedlecki Metrologia elektryczna. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2003, s. 74-75. ISBN 83-204-2826-2.
- ↑ Бурдун Г. Д., Марков Б. Н. Основы метрологии. Учебное пособие для вузов, Изд. 3-е, перераб. — М.: Изд-во стандартов, 1985. −256 с.