Электромагнитная система для реализации единицы массы

Журнал «Измерительная техника», №12, 76 стр.
Декабрь 2021

Электромагнитная система для реализации единицы массы

DOI: https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-12-48-55

Екатерина Александровна Волегова, Сергей Витальевич Андреев, Николай Владимирович Кудреватых, Виктория Евгеньевна Мальцева, Татьяна Ивановна Маслова, Дмитрий Сергеевич Незнахин, Сергей Владимирович Сердюков, Андрей Николаевич Уржумцев, Алексей С. Волегов


Ключевые слова: эталон, весы Киббла, килограмм, магнитная индукция, электромагнитная система, ГЭТ 198-2017, метод конечных элементов

Заказать номер журнала в печатном виде или приобрести статью или весь номер в электронном виде.


Аннотация

Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований магнитных характеристик электромагнитной системы прототипа весов Киббла. На основе прототипа рассмотрены технические решения, которые могут быть применены при создании первичного эталона килограмма на фундаментальных физических константах. Использован метод конечных элементов для расчёта геометрических форм и размеров элементов системы с целью получения постоянного значения коэффициента преобразования BL вдоль оси системы. По результатам расчётов спроектирована и изготовлена электромагнитная система. На основе Государственного первичного эталона единиц мощности магнитных потерь, магнитной индукции постоянного магнитного поля в диапазоне от 0,1 до 2,5 Тл и магнитного потока в диапазоне от 1∙10–5 до 3∙10–2 Вб ГЭТ 198-2017 разработана установка, предназначенная для измерения топологии магнитного поля в зазоре магнитной системы. Проведены экспериментальные исследования распределения магнитной индукции в зазоре электромагнитной системы и снаружи этой системы. Определены силовые характеристики электромагнитной системы. Установлено влияние электрического тока, протекающего по катушке в режиме взвешивания, на изменение потокосцепления катушки. Определено положение катушки в режиме взвешивания, в котором коэффициент преобразования магнитной системы не зависит от силы электрического тока в катушке.

Список литературы

1. Draft Resolution A: On the revision of the International System of units (SI) to be submitted to the CGPM at its 26th meeting (2018), available at: https://www.physik.uni-wuerzburg. de/fileadmin/physik-fpraktikum/2018/Draft-Resolution-A-EN.pdf (accessed: 23.07.2021).

2. Robinson I. A., Schlamminger S., Metrologia, 2016, vol. 53, no. 5, pp. A46–A74. https://doi.org/10.1088/0026-1394/53/5/A46

3. Steiner R. L., Williams E. R., Liu R. and Newwll D. B., IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2007, vol. 56, no. 2, pp. 592–596. https://doi.org/10.1109/TIM.2007.890590

4. Robinson I. A., Berry J., Bull C. et al., 2018 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2018), 8–13 July 2018, Paris, France, IEEE, 2018, pp. 257–258. https://doi.org/10.1109/CPEM.2018.8501149

5. Sanchez C. A., Wood D. M., Green R. G., Liard J. O., Inglis D., Metrologia, 2014, vol. 51, no. 2, pp. S5–S14. https://doi.org/10.1088/0026-1394/51/2/S5

6. Picard A., Fang H., Kiss A. et al., IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2008, vol. 58, no. 4, pp. 924– 929. https://doi.org/10.1109/TIM.2008.2009913

7. Baumann H., Eichenberger A. L., Cosandier F., et al., Metrologia, 2013, vol. 50, no. 3, pp. 235–242. https://doi.org/10.1088/0026-1394/50/3/235

8. Kim D., Kim M., Seo M., et al., Metrologia, 2020, vol. 57, no. 5, 055006. https://doi.org/10.1088/1681-7575/ab92e0

9. Sutton C. M., Clarkson M. T., Fung Y. H. Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2018), 8–13 July 2018, Paris, France, IEEE, 2018, pp. 71–72. https://doi.org/10.1109/CPEM.2018.8500889

10. Thomas M., Ziane D., Pinot P., Metrologia, 2017, vol. 54, no. 4, pp. 468–480. https://doi.org/10.1088/1681-7575/aa7882

11. Seifert F., Panna A., Li S., et al., IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2014, vol. 63, no. 12, pp. 3027– 3038. https://doi.org/10.1109/TIM.2014.2323138

12. Волегова Е. А., Малыгин М. А., Маслова Т. И., Волегов А. С. Государственный первичный эталон единиц мощности магнитных потерь, магнитной индукции постоянного магнитного поля в диапазоне от 0,1 до 2,5 Тл и магнитного потока в диапазоне от 1·10-5 до 3·10-2 Вб ГЭТ 198-2017 // Измерительная техника. 2018. № 3. С. 7–10. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2018-3-7-10

Electromagnetic system to realizing a unit of mass

DOI: https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-12-48-55

Еkaterina А. Volegova, Sergey V. Andreev, Nikolai V. Kudrevatykh, Viktoria Е. Maltseva, Тatiana I. Maslova, Dmitriy S. Neznakhin, Sergey V. Serdiukov, Andrei N. Urzhumtsev, Aleksey S. Volegov


Keywords: measurement standard, Kibble balance, kilogram, magnetic flux density, electromagnetic system, GET 198-2017, finite element method

Annotation

Results of theoretical and experimental studies of the magnetic characteristics of the electromagnetic system of the prototype Kibble balance is presented. On the basis of the prototype, technical solutions that can be applied in the development of the primary kilogram standard based on the fundamental physical constants are considered. The finite element method was used to design the geometric shapes and dimensions of the system elements in order to obtain a constant value of the conversion coefficient BL. The electromagnetic system was designed and manufactured. On the basis of the State primary standard unit of magnetic losses, magnetic flax density of the constant magnetic field in the range from 0.1 to 2.5 T and magnetic flux in the range from 1∙10–5 to 3∙10–2 Wb GET 198-2017 the installation designed for measuring the topology of the magnetic field in the magnetic system gap was developed. Experimental studies of magnetic flux density distribution in the air gap of the electromagnetic system and outside of it were carried out. The force characteristics of the electromagnetic system were determined. The influence of electric current flowing through the coil in the weighing mode on the change of coil flux linkage was determined. The position of the coil in the weighing mode in which the coefficient of conversion of the magnetic system does not depend on the strength of the electric current in the coil is determined.



Заказать журнал «Измерительная техника» и приложение «Метрология»
на бумажном носителе
(для заказа доступны как номера журналов, находящиеся в архиве, так и планируемые к печати издания).

Журнал «Измерительная техника»

Приложение «Метрология»

Наши контакты

Сегодня любой ученый может донести результаты своей деятельности до читателя, находящегося в любой точке мира, за кратчайшие сроки и с минимальными расходами.

  • Адрес: 119361 Москва, ул. Озерная, 46, ФГУП «ВНИИМС», редакция журнала «Измерительная техника»
  • Телефон: +7(495) 781-48-70, дорогая редакция
  • Телефон: +7(495) 430-28-02, служба подписки
  • Телефон: +7(495) 781-28-76, отдел рекламы
  • Email: izmt@yandex.ru
  • Website: www.izmt.ru

Как к нам проехать:
м. Юго-западная, выход из последнего вагона из центра и направо. Далее автобусами 720, 718 или 752 до остановки «14 автобусный парк». Сразу за остановкой будет высокое 22-х этажное здание. Это и есть ул. Озерная д.46