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: $F_{1}=mg$ (см. рисунок), где $m$ — масса гири, а $g$ — ускорение свободного падения^[3].

Сила взаимодействия соленоидов вычисляется по выражению $F_{2}=cI^{2}$ , в котором $I$ — сила тока, а $c$ — нормировочный коэффициент, определяемый геометрией проводников.

При достижении равновесия выполняется равенство: $F_{1}=F_{2}$ , которое легко преобразуется в выражение: $mg=cI^{2}$ , а далее, в окончательную формулу:

I={\sqrt {\frac {mg}{c}}}

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 $c$ , точности принятого значения ускорения $g$ 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 (неопр.). Дата обращения: 28 ноября 2015. Архивировано 12 апреля 2016 года.
↑ ¹ ² 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.

[1] Принято на IX Генеральной конференции по мерам и весам в 1948 г.

[Кел-2] Current Balance // Website Electrical Measurements (неопр.). Дата обращения: 28 ноября 2015. Архивировано 12 апреля 2016 года.

[Тю-3] ¹ ² Тюрин Н. И. В поисках точности, 2 изд., — М., Изд-во: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960. −246 с., тир. 15000.

[4] Augustyn Chwaleba, Maciej Poniński, Andrzej Siedlecki Metrologia elektryczna. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2003, s. 74-75. ISBN 83-204-2826-2.

[5] Бурдун Г. Д., Марков Б. Н. Основы метрологии. Учебное пособие для вузов, Изд. 3-е, перераб. — М.: Изд-во стандартов, 1985. −256 с.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]