Сверхпроводниковая электромеханическая система для компарирования энергии магнитного поля и механической работы

 

Изобретение относится к области точных электромагнитных измерений и может быть использовано для уточнения значений фундаментальных физических постоянных. Цель изобретения состоит в повышении точности компарирования приращений энергии магнитного поля и работы пондеромоторных сил. Для этого система снабжена узлом регулирования поворота сверхпроводникового тела вокруг горизонтальных осей. Узел состоит из правильной призмы из сверхпроводника , прикрепленной к основанию усеченного конуса, и по крайней мере трех дополнительных электромагнитных катушек, жестко скрепленных с основной катушкой. Дополнительные катушки расположены около граней призмы, ось которой совмещена с осью конуса. Кроме того, на сверхпроводниковом теле закрепляют плоское зеркало. Компарирование осуществляют следующим образом. По осесимметричной катушке пропускают электрический ток. Пондеромоторные силы магнитного поля, возбуждаемого этим током, действуют на коническое тело и полностью уравновешивают его вес при определенной силе тока. Коническое тело перемещается в пространстве, при этом вертикальная координата его центра тяжести является функцией тока в катушке. С помощью плоского зеркала узла регулирования регистрируют углы поворота тела .относительно горизонтальных осей. Пропуская токи по дополнительным катушкам, вызывают силы, действующие на грани правильной призмы. Это позволяет избавиться от поворота конического тела вокруг горизонтальных осей с точностью не хуже «1. Тем самым погрешность измерения смещения центра тяжести конического тела уменьшается не менее чем в 50 раз, что значительно повышает компенсирование приращений магнитного поля и механической работы. lO (Л О5 СЮ to оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 Е 39 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (46) 07.04.92. Бнп, 1э 13 (21) 4463181/25 (22) 19.07.88 (72) Ю. Д.. Горчаков, Э. Т. Француз, В. М. Хавинсон и А. А. Шишигин (53) 538.945 (088.8) (56) F. Shiota, К. Нага ап4 Т. Hirata «fmprovement of the Superconducting Magnetic

Levitation system for an Absolute Deterrnination of the Magnetic Flux (quantum», Japanese J. of the Appl. Phys. VoL 23, No, 4, 1984, рр. l 227 — l 229.

Француз Э. Т., Горчаков Ю. Д. Электромеханическая система для экспериментального определения VA. Сборник научных трудов. «Работы в области определения физических постоянных». Энергоиздат, Л., 1981, с. 37 — 42. (54) СВЕРХГ1РОВОДНИКОВАЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ

КОМПАРИРОВАНИЯ ЭНЕРГИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И МЕХАНИЧЕСКОЙ

РАБОТЫ (57) Изобретение относится к области точных электромагнитных измерений и может быть использовано для уточнения значений фундаментальных физических постоянных.

Цель изобретения состоит в повышении точности компарирования приращений энергии магнитного поля и работы пондеромоторных сил. Для этого система снабжена узлом регулирования поворота сверхпроводникового тела вокруг горизонтальных осей. Узел соИзобретение относится к ооластп точных электромагнитных измерений, использующих явление сверхпроводимости и квантовые эффекты в сверхпроводниках, и может быть применено для воспроизведения ампера и уточнения значений кванта магнитного потока, постоянной Гlланка и заряда электрода путем точного компарирования при„„Я0„„161823О А 1

2 стоит из правильной призмы из сверхпроводника, прикрепленной к основанию усеченного конуса, и по крайней мере трех дополнительных электромагнитных катушек, жестко скрепленных с основной катушкой.

Дополнительные катушки расположены около граней призмы, ось которой совмещена с осью конуса. Кроме того, на сверхпроводниковом теле закрепляют плоское зеркало.

Ком арирование осуществляют следующим образом. По осесимметричной катушке пропускают электрический ток. Пондеромоторные силы магнитного поля, возбуждаемого этим током, действуют на коническое тело и полностью уравновешивают его вес при определенной силе тока. Коническое тело перемещается в пространстве, при этом вертикальная. координата его центра тяжести является функцией тока в катушке. С помощью плоского зеркала узла регулирования регистрируют углы поворота тела .относительно горизонтальных осей. Пропуская токи по дополнительным катушкам, вызывают силы, действующие на грани правильной призмы. Это позволяет избавиться от поворота конического тела вокруг горизонтальных осей с точностью не хуже «I». Тем самым погрешность измерения смещения центра тяжести конического тела уменьшается не менее чем в 50 раз, что значительно повышает компенсирование приращений ма нитного поля и механической работы. ращений энергии магнитного поля системы и работы пондеромоторных сил, выраженной в механических единицах.

Целью изобретения является повышение точности компарирования за счет ум ньше- . ния составляющей погрецшости измерения перемещений левитирукгщего тела.

f 618230

На чертеже показана электромеханическая система, общий вид.

Электромеханическая с истема содержит осес имметричную электромагнитную катушку 1, намотанную на каркас 2, верхняя часть которого имеет форму усеченного конуса, а нижняя — цилиндра, прикрепленного к основанию электромеханической системы 3, тело 4, выполненное в виде тонкостенной оболочки иэ сверхпроводника, например ниобия, в форме усеченного конуса, сопряженного с катушкой 1, правильную призму 5 из сверхпроводника, например ниобия, прикрепленную к основанию усеченного конуса 4 так, чтобы оси конуса и призмы совпадали, причем призма внутри имеет коаксиальную цилиндрическую полость для прохождения каркаса 2 к основанию системы 3. На теле 4 закреплено плоское зеркало 6, а около граней призмы 5 расположены прикрепленные к основанию 3 системы дополнительные электромагнитные катушки 7, каждая из которых подключена через выводы 8 к отдельному регулируемому источнику тока. Для измерения взаимных перемещений на левитирующем теле 4 и каркасе основной катушки 2 закреплены отражатели лазерного интерферо метра.

Электромеханическая система работает следующим образом.

Г!ри пропускании по катушке I постоянного электрического тока достаточной величины, пондеромоторные силы магнитного поля, возбуждаемого этим током, действующие на коническое тело 4, полностью уравновешивают его вес. При этом тело 4 левитирует, т. е. выходит иэ соприкосновения с каркасом 2 катушки, и занимает положение в пространстве, при котором вертикальная координата его центра тяжести является функцией значения тока в катуц1ке I, а его ось располагается под углом к вертикали, не всегда равным нулю.

С помощью плоского зеркала 6, входящего в состав узла регулирования поворотов тела 4 относительно горизонтальных осей н автоколлиматора, луч которого перпендикулярно падает на зеркало, регистрируют углы поворота тела относительно горизонтальных осей с погрешностью не более « I ».

Регулирование же этих углов осуществляют путем пропускания токов по дополнительным катушкам 7, расположенным около граней призмы 5. При этом равнодействующая пондеромоторных сил магнитного поля каждой

45 и

Сверхпроводниковая электромеханическая система для компарирования энергии магнитного поля и механической работы, содержащая осесимметричную электромагнитную катушку, сверхпроводниковое тело в виде усеченного конуса с вершиной, обращенной вверх, и отражатели лазерного интерферометра, закрепленные на сверхпроводниковом теле и катушке, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности компарирования, она снабжена узлом регулирования. углов поворота сверхпроводникового тела относительно горизонтальных осей, выполненного в виде плоского зеркала, закрепленного на сверхпроводниковом теле, и правильной призмы иэ сверхпроводника, прикрепленной к основанию усеченного конуса, при этом оси конуса и призмы совмещены, а около ее граней расположены по крайней мере три дополнительные электромагнитные катушки, жестко скрепленные с основной катушкой. дополнительной регулирующей катушки 7 приложена к соответствующей сверхпроводниковой грани и направлена к оси симметрии системы.

Момент этой силы относительно центра тяжести левитирующего сверхпроводнико- вого тела 4 вызывает его поворот вокруг горизонтальной оси. Например, экспериментально установлено, что пропускание тока

0,1 А через катушку с диаметром 12 мм и

40 толщиной 1 2 мм, содержащую 85 витков и расположенную на расстоянии 0,5 мм от грани призмы, вызывает поворот тела на

yro — I P"

Таким образом, регулируя токи в допол1я иительных катушках 7 и ток основной катушки!, поддерживают в любой точке интервала вертикальных перемещений тела 4 угол поворота оси этого тела относительно горизонтальных осей неизменным с погрешностью, не превышающей «1». Для этого

20 в системе достаточно иметь три дополнительные катушки 7, оси симметрии которых расположены в . горизонтальной плоскости под углом 120 одна к другой.

Контролирование положения оси сверхпроводникового тела 4 в любой точке интервала перемещений тела 4 с погрешностью не более «1» уменьшает погрешность измерения смещений центра тяжести тела 4 по сравнению с прототипом не менее чем в

50 раз. формула изобретения

l 6 l 8230

Составитель А. Ваганов

Редактор Т. Рыбалова Техред А. Кравчук Корректор М. Максимишинец

Заказ 2308 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 l 3035. Москва, Ж вЂ” 35, Рау шская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат <Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина. lOI