中国计量科学研究院建成的量子化霍尔电阻标准

国际计量委员会推荐 ,1990年 1月 1日起在世界范围内启用量子化霍尔电阻标准代替使用了几十年的电阻实物基准。中国计量科学研究院经过十几年的努力 ,于 2 0 0 3年建成了量子化霍尔电阻标准。自主研制了能满足实际量值传递工作要求的量子化霍尔器件 ,并建成了高精度的低温电流比较仪 ,以把量子化霍尔电阻量值传递到日常检定工作中使用的十进位电阻。课题成果中有多项独创性的成就。目前所建量子化霍尔电阻标准的不确定度为 10 -10 量级 ,达到国际领先水平。     

量子化霍尔电阻国家标准的研究

中国计量科学研究院在2003年建成了量子化霍尔电阻标准装置。成功研制了系统的核心器件—量子化霍尔器件。并通过对低温电流比较仪系统及运行过程的研究,发现了氦气气压波动引起的冻结磁通蠕动导致的附加噪声是限制系统不确定度的主要原因。进而提出了一种新型的气压滤波器,消除了这些干扰因素。还改进了电路动态特性,改善了前馈补偿环节,把匝数比提高了8倍,信噪比也因而提高了8倍。完成的量子化霍尔电阻标准装置的综合不确定度为2.4×10-10(k=1)。     

石墨烯在量子霍尔电阻中的应用

基于砷化镓的量子霍尔电阻自然基准需要在约1.5K的温度条件下运行,存在成本高和操作复杂等诸多问题。随着石墨烯材料独特电性能的发现,因其可以在约4.2K的温度复现量子霍尔效应而成为制作量子霍尔电阻的理想材料。各国专家围绕石墨烯在电学计量领域的应用开展了大量的工作,取得了可喜的进展。对当前石墨烯在量子霍尔电阻中应用的进展和存在的问题进行了总结,并对未来的发展进行了展望。     

基于量子自然基准的新型电流计量技术研究

在现代军事计量中,电磁计量直接影响国防建设质量和武器技战水平。现有电学计量体系中,基于约瑟夫森效应和量子化霍尔效应的量子电压和量子电阻的基准装置已经完成建设并已投入应用,然而基于量子效应的电流基准仍处于探索阶段。本论文基于高灵敏度原子磁力仪技术提出一种新型电流计量技术,可将电流间接溯源至约瑟夫森效应、量子化霍尔效应和拉莫尔进动效应三种量子自然基准。该技术有潜力用于建设电流计量基准装置和研制基于量子自然基准的新型电流比较仪。具体阐述了电流计量及量值传递方案的物理思想和实施过程,并通过相关实验验证了方案的可行性。     

电阻电容电桥研究进展

电阻电容电桥主要实现电阻和电容之间的比较和传递.首先回顾了电阻电容电桥在整个电学计量领域里所扮演的历史角色,然后详细分析了传统电阻电容电桥的基本原理和国内外在该领域的研究概况,最后通过深入分析,指出了这类电桥固有的若干缺点,并在此基础上提出了几种新的研究方案.     

基于量子化霍尔电阻考核的国家电阻基准的稳定性

报告了自1990年以来通过与量子化霍尔电阻比对考核的国家直流电阻（实物）基准的长期漂移率及偏差。结果表明2001年以来,国家直流电阻（实物）副基准的漂移率为-0．0551μΩ／a,主基准的漂移率为-0．0808μΩ／a;2006年10月25日,国家直流电阻（实物）基准复现的电阻量值较量子化霍尔电阻的相对偏差为＋0．677mm,预计2007年1月1日需要修正-0．69μΩ／a。     

二十一世纪中的计量测试技术--计量是可以溯源到标准量的测量

中国计量科学研究院张钟华院士负责用量子化霍尔效应建立国家电阻标准,他带领的研究组研制的低温电流比较仪的不确定度达到10^-10量级为世界第一,在世界电学领域享有极高声誉。在中国仪器仪表学会2005学术年会上张钟华院士就“二十一世纪中的计量测试技术”做了精彩演讲,博得与会代表热烈掌声。会后就同一问题,接受了本刊记者的采访。[编者按]     

启用量子化霍尔电阻基准时国内直流电阻量值的修正

报告了2003年以来采用量子化霍尔电阻(QHR)监测的原国家电阻基准的长期漂移率;通过直流电阻副基准分别与QHR和原主基准比对,确定了原主基准相对于QHR的偏差.2008年1月1日启用QHR新基准时,溯源到原基准的直流电阻及相关量值的修正量为-0.70 μΩ/Ω,该修正量的不确定度为0.05 μΩ/Ω,涉及到一等及其以上各级电阻计量标准.     

提高低温电流比较仪测量准确度的几方面措施

通过对低温电流比较仪系统及运行过程的研究，发现了氦气气压波动、冻结磁通引起的附加噪声以及线圈匝数增多时分布电容引起的电流跳跃是限制系统不确定度停留在10^-9量级而不能进一步提高的原因。提出了一种新型的气压滤波器滤除了附加噪声。还改进了电路动态特性，改善了前馈补偿环节，把匝数比提高了5倍。运行过程中的电流跳跃现象也被消除。采用这些措施后，信噪比提高了5倍，新建的低温电流比较仪的测量准确度提高到了10^-10量级。     

中国计量科学研究院建成量子化霍尔电阻标准

国际计量委员会推荐，1990年1月1日起在世界范围内启用量子化霍尔电阻标准代替使用了几十年的电阻实物基准。中国计量科学研究院经过十几年的努力，在2003年建成了量子化霍尔电阻标准。课题组自主研制了能满足实际量值传递工作要求的量子化霍尔器件，并建成了高精度的低温电流比较仪，以把量子化霍尔电阻量值传递到日常检定工作中使用的十进电阻值。课题成果中有多项独创性的成就。目前所建量子化霍尔电阻标准的不确定度为10^-10量级，达到国际领先水平。     

直流电流比较仪双铁芯磁性能一致性的研究

搭建了由对称方波电压源、直流电流源、示波器、峰差解调电路组成的试验线路,提供了铁芯的具体参数和绕线要求,将10个绕制好的铁芯两两组合依次进行磁性能一致性的试验,测量了灵敏度和10 min内的漂移量。试验结果表明,物理参数相近、制造工艺相同的铁芯两两组合后的磁性能仍然有明显的分散性,灵敏度的最大值为7 mV/（μA·T）、10 min内最小漂移量为3 μA·T。     

光谱辐射亮度国际比对与结果分析

基于高温黑体辐射源BB3500M,中国计量科学研究院(NIM)自主研制了第四代光谱辐射亮度国家基准装置,波长范围覆盖220～2 550 nm,以稳定的钨带灯作为传递标准,改善了测量不确定度。黑体辐射源的温度测量溯源至Pt-C和Re-C固定点黑体,在3 021 K采用WC-C固定点黑体进行验证,NIM和全俄光学物理计量院(VNIIOFI)之间的测量偏差小于70 m K。采用新基准装置,NIM参加了光谱辐射亮度国际APMP-PR. S6比对。NIM研制了两套入射光学系统,成像倍率分别为0. 58和1. 00,立体角为0. 006 sr和0. 008 sr,采用两套系统复现光谱辐射亮度量值的差异小于±0. 40%。APMP-PR. S6比对结果表明:在紫外、可见和近红外波长范围,NIM与参考值的平均相对偏差分别为0. 59%、0. 44%和0. 34%。全部波长范围的平均相对偏差0. 46%。在250 nm、400 nm、800 nm、2 500 nm波长,光谱辐射亮度的测量标准不确定度分别为0. 95%、0. 50%、0. 41%和0. 80%。从而验证了第四代光谱辐射亮度国家基准装置的准确性和可靠性。     

自适应MCM的波动性指标收敛趋势分析

分析了自适应蒙特卡洛法(Mote Carlo method,MCM)评定测量不确定度时的规律,将其应用于实践领域。首先介绍了MCM基本原理和自适应MCM评定的具体流程、步骤及程序实现;然后根据自适应MCM需进行稳定性判定等特性,提出了自适应MCM波动性指标的概念;最后通过具有代表性的线性模型(铂电阻气温传感器测量误差值的关系模型)和非线性模型(电阻-温度关系模型)的仿真试验,得出自适应MCM波动性指标收敛趋势的一般性规律。最终为自适应MCM在评定测量不确定度时提供了一定的技术参考。     

基于数字图像识别和光纤传感器的直流大电流在线校准装置

在电解冶金和电化学工业领域,大量霍尔直流超大电流传感器无预留校准接口.针对这一实际问题,设计了一种基于数字图像识别和光纤电流传感器的直流大电流在线校准装置.该在线校准装置以光纤电流传感器为标准,利用图像传感器实时采集霍尔电流传感器二次显示仪表的示数图像,对采集到的图像进行灰度化、中值滤波、二值化、闭运算、字符分割等预处...     

Precision Tests of a Quantum Hall Effect Device DC Equivalent Circuit Using Double-Series and Triple-Series Connections

Precision tests verify the dc equivalent circuit used by Ricketts and Kemeny to describe a quantum Hall effect device in terms of electrical circuit elements. The tests employ the use of cryogenic current comparators and the double-series and triple-series connection techniques of Delahaye. Verification of the dc equivalent circuit in double-series and triple-series connections is a necessary step in developing the ac quantum Hall effect as an intrinsic standard of resistance.     

数字微差补偿器及其在电流比较仪电桥中的应用

设计一种能够在四象限内对输出信号进行调节的数字微差补偿器,核心器件为16 位串行输入乘法型数模转换器,以正弦电压信号作为参考,可根据接收的数字编码分别调节输出补偿信号的同相分量和正交分量。提出一款计算机控制的电流比较仪电桥线路,应用数字微差补偿器和牛顿迭代算法实现电流比较仪磁势的自动平衡。利用研制的电桥对双螺线型计算电阻进行测量,结果表明,该电桥在1592 Hz频率范围内的标准测量不确定度为2×10^-7,能够满足交流电阻量值传递要求。