Создание государственного первичного эталона единицы электрического напряжения нового поколения, методов и средств передачи размера вольта

• Автор: Катков, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.11.15, 05.11.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 208 с. : ил.

Введение
Глава 1. Анализ обеспечения единства измерений в области постоянного электрического напряжения в период до года и разработка требований к совершенствованию системы метрологического обеспечения
1.1. Задачи системы обеспечения единства измерений в области постоянного электрического напряжения.
1.2. Анализ состояния эталонной и нормативной базы в области измерений постоянного электрического напряжения до г.
1.3 Практика обеспечения единства измерений электрического напряжения в развитых странах
1.4. Анализ и оценка соответствия анализируемой системы и ее возможностей требованиям к метрологическому обеспечению измерений электрического напряжения
1.5. Выбор направления совершенствования системы обеспечения единства измерений электрического напряжения Выводы
Глава 2. Анализ путей построения государственного первичного эталона и разработка схемы передачи размера вольта

2.1. Анализ методов воспроизведения вольта

2.1.1 Определение вольта

2.1.2 Классификация методов воспроизведения вольта

2.2. Выбор и обоснование метода воспроизведения напряжения для первичного эталона вольта
2.3 Разработка схемы передачи размера единицы электрического напряжения
Выводы.
Глава 3. Методы и аппаратура воспроизведения размера единицы электрического напряжения
3.1. Метод воспроизведения единицы электрического напряжения
3.2. Аппаратура нового государственного первичного эталона единицы электрического напряжения на эффекте Джозефсона
3.2.1. Общая характеристика аппаратуры нового эталона единицы электрического напряжения.
3.2.1.1. Метрологические характеристики ГЭТ
3.2.2 Состав эталонного комплекса
3.2.2.1. Криогенные преобразователи частоты в напряжение
3.2.2.1.1. Джозефсоновские интегральные микросхемы
3.2.2.1.2. Кригенный зонд
3.2.2.2. Аппаратура синтеза частоты облучения
3.2.2.3. Аппаратура контроля эталонного комплекса
3.3. Исследование аппаратуры эталонного комплекса
3.3.1. Аппаратура синтеза частоты облучения
3.3.1.1. Флуктуации и дрейф опорной частоты
3.3.1.2. Флуктуации и дрейф частоты облучения
3.3.1.3. Контроль СВЧ мощности облучения
3.3.2. Криогенный преобразователь
3.3.2.1. Исследование волноводного тракта
3.3.2.2. Исследование СВЧ параметров ДМ
3.3.2.3. Исследование наклона ступенек ВАХ ДМ
3.3.2.4. Исследование неустойчивости напряжения ДМ
3.3.2.5. Исследование детектирования мощности в ДМ
3.3.2.6. Исследование термоЭДС выходной цепи
3.3.2.7. Исследование влияния сопротивлений утечки выходной цепи
3.4 Анализ погрешности воспроизведения единицы электрического напряжения на государственном первичном эталоне
3.4.1. Погрешность и неопределенность результата измерений
3.4.2. Анализ источников погрешности воспроизведения единицы напряжения
3.4.3. Результаты международных и ключевых сличений эталона вольта
Выводы.
Глава 4. Методы и аппаратура передачи размера единицы электрического напряжения
4.1. Методы передачи размера единицы электрического напряжения
4.2. Передача размера вольта вторичным эталонам.
4.2.1. Исследование источников погрешности компаратора
4.2.1.1. Исследования составляющих погрешности, обусловленных действием шумов и наводок, приведенных ко входу компаратора
4.2.1.2. Разработка методики оценки значения погрешности, обусловленной действием шумов и наводок, приведенных ко входу компаратора.
4.2.1.3. Исследование погрешности коэффициента передачи компаратора
4.2.1.4. Методика измерения сопротивлений утечки
4.2.1.5. Исследование влияния термоЭДС
4.2.1.6. Результаты экспериментальных исследований погрешности, вносимой компаратором при передаче размера единицы напряжения
Выводы по п.4.
4.3. Исследование эталонакопии
4.3.1. Исследование метода прямой передачи размера вольта эталону копии.
4.3.1.1 Анализ модели измерительной цепи
4.3.1.2 Измерение параметров входной цепи компаратора
4.3.1.3 Исследование параметров НЭ
4.3.1.4 Оценка влияния параметров компаратора и НЭ на изменение выходного напряжение НЭ
4.3.2 Методика прямой передачи размера вольта
4.3.3 Методика передачи размера вольта с помощью меры напряжения на стабилитронах
Выводы по п.4.
4.4. Создание и исследование эталона сравнения нового поколения
4.4.1 Принцип действия и состав эталона сравнения
4.4.1.1 Криогенный преобразователь
4.4.1.2 Источник СВЧ
4.4.1.3 Источник смещения
4.4.2 Исследование эталона сравнения
4.4.2.1 Исследование безгистерезисной ДМ типа СИНИС
4.4.2.2 Исследование гистерезисной ДМ типа СИНИС
4.4.2.3 Исследование термоЭДС выходной цепи ЭС
4.4.2.4 Исследование генератора СВЧ ЭС
4.4.3 Методика проведения измерений и анализ неопределенности ЭС
4.4.3.1 Международные сличения эталонов вольта с помощью ЭС
4.4.3.2 Ключевые сличения эталонов вольта с помощью ЭС Выводы по п.4.
4.5 Исследование мер напряжения на стабилитронах
4.5.1 Исследование шумов МН
4.5.2. Исследование временных параметров МН эталона копии
4.5.3. Исследование метода передачи размера вольта с помощью МН
Выводы по п.4.
4.6. Разработка и исследование метода передачи размера единицы напряжения в диапазоне до В
4.6.1 Метод калибровки
4.6.2. Аппаратура и методика калибровки
4.6.3. Неопределенность калибровки
4.6.4 Мера напряжения с входным напряжением до В Выводы по п.4.6.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список используемой литературы


В четвертой главе проведен анализ аппаратуры передачи размера вольта, включающий компаратор из состава первичного эталона вольта, эталон копию, эталон сравнения на эффекте Джозефсона, меры напряжения на стабилитронах, а также меру напряжения на диапазон напряжений 0 В и В. Дан анализ составляющих погрешностей аппаратуры передачи размера вольта. Вольта с помощью эталона сравнения. Апробация работы. СанктПетербург . По теме диссертации опубликованы печатных работ, из них без соавторов. Анализ задач метрологического обеспечения основан на использовании понятия единства измерений. В соответствии с действующими нормативными документами 2, 3 единство измерений обозначает состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Данное общее положение в той или иной степени характеризует требования к качеству и достоверности любого типа измерительной информации и, в наибольшей степени, информации научнотехнического характера. Электрическое напряжение является физической величиной, в которую наиболее часто осуществляется преобразование информации о свойствах физических объектов и с помощью которой осуществляется управление различными процессами во многих сферах человеческой деятельности. Поэтому электрическое напряжение, наряду с другими физическими величинами, нуждается в развитой системе метрологического обеспечения единства измерений. Необходимость функционирования системы обеспечения единства измерений постоянного электрического напряжения диктуется требованиями, вытекающими из таких важных сфер человеческой деятельности как обеспечение безопасности, торговля, связь, научные исследования, производство, транспорт и др. Организационную основу, которой является метрологическая служба России, состоящая из государственной и ведомственных метрологических служб. Правовую основу, устанавливающую правила и нормы метрологического обеспечения. ГСИ. Достижение поставленной цели по созданию более совершенной системы метрологического обеспечения осуществляется путем комплексного решения вопросов обеспечения полноты, единства и достоверности измерений на основе создания нового государственного эталона единицы электрического напряжения, а также вторичных и рабочих эталонов образцовых средств измерений с современной схемой передачи размера единицы электрического напряжения от эталона рабочим средствам измерений РСИ. В настоящее время, по имеющимся данным, в обращении в стране находится более ста миллионов средств измерения постоянного напряжения различных типов, выпущенных отечественными и зарубежными фирмами. В последние годы в связи с возрождением промышленного производства наблюдается приток в страну импортных средств измерения разных фирм и систем. Различные типы средств измерения постоянного электрического напряжения СИ ПЭН обладают своими техническими и эксплуатационными особенностями. Использование СИ ПЭН в производственных процессах и научных исследованиях при отсутствии поверки СИ органами метрологической службы, а также применение методик измерения не соответствующих данному типу СИ, приводит к получению недостоверных результатов измерений, что, в свою очередь, влияет на качество разрабатываемых изделий и искажает результаты исследований, снижает конкурентоспособность, стоимость и безопасность применения конечного продукта. Решение этих задач позволяет получать объективную информацию о свойствах физических объектов и адекватно управлять физическими процессами с помощью средств измерения постоянного напряжения. Анализ состоянии эталонной и нормативной базы в области измерений постоянного электрического напряжения до г. Практическая реализация единства измерений осуществляется путем воспроизведения единицы физической величины с помощью государственного эталона и передачи от него размера единицы всем остальным средствам измерений данной величины. Изза большого количества и разнообразия средств измерений как по точностным характеристикам, так и по диапазону воспроизводимого напряжения невозможно передать единицу непосредственным сличением с эталоном.