Сверхпроводниковая электромеханическая система для компарирования энергии магнитного поля и механической работы Советский патент 1992 года по МПК H01L39/00 

Изобретение относится к области 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 Планка и заряда электрода путем точного компарирования приращении энергии магнитного поля системы и работы пондеромоторных сил, выраженной в механических единицах.

Целью изобретения является повышение точности компарирования за счет уменыие-. ния составляющей погрешности измерения перемещений левитируюшего тела.

На чертеже показана электромеханическая система, общий вид.

Электромеханическая система содержит осесимметркчную 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 из сверхпроводника, например ниобия, в форме усеченного конуса, сопряженного с катушкой I, 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 левитирую- щем теле 4 и каркасе основной катушки 2 закреплены отражатели лазерного интерферометра.

Электромеханическая система работает следующим образом.

При 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 леви- тирует, т. е. выходит из соприкосновения с каркасом 2 катушки, и занимает положение в пространстве, при котором вертикальная координата его центра тяжести является функцией значения тока в катушке 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 и автоколлиматора, луч которого перпендикулярно падает на зеркало, регистрируют углы поворота тела относительно горизонтальных осей с погрешностью не более «1. Регулирование же этих углов осуществляют путем пропускания токов по дополнительным катушкам 7, расположенным около граней призмы 5. При этом равнодействующая пон- деромоторных сил- магнитного поля каждой

дополнительной регулирующей катушки 7 приложена к соответствующей сверхпроводниковой грани и направлена к оси симметрии системы.

Момент этой силы относительно центра тяжести левитирующего сверхпроводникового тела 4 вызывает его поворот вокруг горизонтальной оси. Например, .экспериментально установлено, что пропускание тока 0,1 А через катушку с диаметром 12 мм и

толщиной 1,2 мм, содержащую 85 витков и расположенную на расстоянии 0,5 мм от грани призмы, вызывает поворот тела на угол 10

Таким образом, регулируя токи в дополнительных катушках 7 и ток основной катушки 1, 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

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

Контролирование положения оси сверх проводникового 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.

оФормула изобретения

U

Сверхпроводниковая электромеханическая система для компарирования энергии магнитного поля и механической работы, содержащая осесимметричную электромаг5 нитную 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 ком® парирования, она снабжена узлом регулирования, углов поворота сверхпроводникового тела относительно горизонтальных осей, выполненного- в виде плоского зеркала, закрепленного на сверхпроводниковом теле,

g и правильной призмы из 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.

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. Пондеромотор- ные 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