Что такое токовые весы и для чего они нужны
Токовые весы, известные также как весы Ампера, представляют собой специализированный прибор, предназначенный для высокоточной оценки силы электрического тока. Их работа базируется на измерении силы механического взаимодействия (электродинамической силы), возникающей между двумя катушками, по которым протекает ток.
Устройство и принцип действия
По своей конструкции токовые весы схожи с аналитическими весами, но имеют ключевую особенность: для их изготовления используются исключительно немагнитные материалы, чтобы исключить влияние паразитных магнитных полей. Основными компонентами прибора являются: корпус, неподвижный соленоид, подвижный соленоид, основание, шкала для отсчёта показаний, коромысло и набор калибровочных гирь. Для компенсации веса подвижной катушки в отсутствие тока может использоваться уравновешивающий соленоид.
Измерение силы тока основано на электродинамическом взаимодействии двух коаксиальных однослойных соленоидов, через которые пропускается один и тот же измеряемый ток. Возникающая между ними сила стремится нарушить равновесие системы. Для его восстановления на второе плечо коромысла добавляются гири известной массы. Таким образом, механическая сила, создаваемая гирями, уравновешивает электродинамическую силу взаимодействия соленоидов.
Как рассчитывается сила тока
Искомая сила тока (I) вычисляется по формуле, связывающей механические и электрические величины. Она пропорциональна квадратному корню из произведения массы уравновешивающих гирь (m) и ускорения свободного падения (g), делённого на конструктивный коэффициент (K), который учитывает геометрические размеры соленоидов и особенности их взаимодействия по сравнению с идеализированными прямолинейными проводниками: I = √(m * g / K).
Благодаря такой прецизионной методике токовые весы обеспечивают исключительно высокую точность измерений. Погрешность этого метода может достигать всего 0,001%, что делает прибор эталонным средством для калибровки и поверки других амперметров.