В период с июня 2015 г. по ноябрь 2016 г. в ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» в соответствии с федеральной целевой программой «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности» была выполнена НИР «Проведение исследований с целью улучшения метрологических характеристик государственного первичного эталона постоянного напряжения путем расширения диапазона воспроизводимых напряжений на основе программируемых микросхем на эффекте Джозефсона», шифр: НИР «Вольт».

Цель работы – создание и ресурсное обеспечение современной базы государственных первичных эталонов, не уступающих по своему научно-техническому уровню и метрологическим характеристикам лучшим зарубежным аналогам. В результате был создан и исследован экспериментальный образец аппаратуры для воспроизведения и передачи единицы электрического напряжения, который обеспечивает воспроизведение единицы, основанное на константе Джозефсона.

Исследования показали, что аппаратура позволяет осуществлять воспроизведение единицы электрического напряжения в соответствии с ее планируемым новым определением, рекомендациями Консультативного комитета по электричеству и магнетизму и дает возможность улучшить метрологические характеристики Государственного первичного эталона электрического напряжения, а именно: расширить диапазон воспроизведения единицы электрического напряжения от 1 мВ до 10 В и снизить погрешность воспроизведения в 1,5 – 2 раза.

Работа была поставлена с учетом необходимости подготовки к планируемым изменениям международной системы единиц СИ. Новая СИ предусматривает фиксацию значений ряда ФФК, в т. ч. заряда электрона и постоянной Планка, что приводит к фиксации константы Джозефсона.

В рамках выполненной темы проведен анализ предельных возможностей методов воспроизведения напряжения. На основании анализа выбран метод воспроизведения единицы напряжения и разработаны требования к созданию экспериментального образца. Проведено макетирование и исследования ключевых узлов экспериментального образца.

На заключительном этапе работы проведены исследования экспериментального образца на Государственном первичном эталоне ГЭТ 13 – 01, имеющего прослеживаемость к эталону вольта Международного бюро мер и весов на основании завершенных ключевых сличений. Полученные результаты продемонстрировали соответствие технических характеристик и метрологических параметров экспериментального образца требованиям технического задания. Напряжение, воспроизводимое экспериментальным образцом, лежит в диапазоне от 1 мВ до 10 В с погрешностью не более 0,5 нВ для напряжений до 1 В и с погрешностью не более 2 нВ для напряжений до 10 В.

Результаты НИР планируется использовать при совершенствовании ГЭТ 13-01. Метрологические характеристики экспериментального образца находятся на уровне аналогичных установок ведущих зарубежных метрологических организаций.

Опубликовано: 15.12.2016, изменено: 15.12.2016