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国家计量基准/副基准
直流电压作证基准装置

基准编号:GJJ(电)1702


证书编号:量基证【2002】第061号


简介:直流电压作证基准装置建立于上世纪九十年代,主要由低温系统、微波系统、精密电压测量系统、数据监视与采集系统组成。4.2K温度下的低温系统内的约瑟夫森结阵列是由3020个Nb/NbOx/PbInAu结串联而成的,用微波系统产生频率为88GHz的毫米波辐照时,可以在0V~1.3V范围内产生连续可调的高稳定性量子化直流电压,用于复现国家直流电动势实物基准的量值,保持全国直流电压量值与国际的统一。

1962年,20多岁的英国物理学家约瑟夫森(B.D.Josephson)在剑桥大学从理论上首先预言了两块弱耦合超导体(即超导结)之间存在如下关系:

Vn=nf/(2e/h)=nf/KJ

式中f为辐照在超导结上的微波频率,n为微波感应台阶数,e为电子电荷,h为普朗克常数,KJ=2e/h为约瑟夫森常数,Vn为第n个台阶处的电压,该关系从理论上为保存或统一全世界的电压单位奠定了基础,约瑟夫森因此荣获了1973年的诺贝尔物理学奖。

1990年1月1日,国际计量局宣布取消直流电动势实物标准的国际长途搬运比对,在世界范围统一启用以约瑟夫逊常数KJ-90=483597.9GHz/V来保存本国的电压单位,真正保证了电压单位在世界范围内的一致,而且复现电压单位的准确度也得到了很大地提高。

技术原理图:


图1 串联约瑟夫森超导结阵列示意图

图2 用微波辐照约瑟夫森超导结产生直流电压的示意图


图3 直流电压作证基准装置测量系统框图

技术指标:

测量范围:0V~1.018V

不确定度:U=0.03μV,k=2


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