izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2020-2-65-70izmertech-1736Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSКвантовые эффекты и фундаментальные константы в основе эталонов единиц электрических величинQuantum effects and fundamental constants in the basis of standards of electric unitsШерстобитовС. В.SherstobitovS. V.

г. п. Менделеево, Московская область

Sergey V. Sherstobitov

Mendeleevo, Moscow region

s_sherstobitov@rambler.ruКарповаМ. В.KarpovaM. V.

г. п. Менделеево, Московская область

Maria V. Karpova

Mendeleevo, Moscow region

Lab-610@vniiftri.ruТертычнаяМ. А.TertychnayaM. A.

г. п. Менделеево, Московская область

 

Marina A. Tertychnaya

Mendeleevo, Moscow region

marina_ter@mail.ruВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian metrological institute of technical physisl and radio engineering measurementsRussian Federation202015062023026571Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1736

Рассмотрены принципы построения современных эталонов в области единиц электрических величин, основанные на квантовых эффектах и фундаментальных константах в соответствии с новыми определениями Международной системы единиц. Исследованы используемые методы построения квантовых измерительных преобразователей, а также режимы работы экспериментальной установки. Создан экспериментальный образец эталонного комплекса. Описано разработанное под данную задачу программное обеспечение. Приведена методика измерений. Показано, что результаты, полученные в ходе экспериментальных исследований, хорошо согласуются с теоретическими исследованиями. Сформулированы выводы о возможном использовании результатов исследований в построении новых эталонных комплексов и определены задачи для будущих исследований. Показано, что эталоны единиц электрических величин на основе квантовых эффектов и фундаментальных констант находят применение в метрологии средств измерений электрических величин.

The paper describes the principles of construction of modern standards in the field of electrical units with reference to quantum effects and fundamental constants in accordance with the new definitions of the SI system of units. The description of the methods used to build a quantum standards, description of the used measurement quantum transducers, modes and operation principle the experimental setup of the reference complex studied in this work. The description of the software developed for this task is given. The method of measurements and the results obtained in the course of experimental studies, which are in good agreement with theoretical studies, are described. Conclusions and tasks for future research are formulated. Field of application – metrology of measuring instruments of electrical units.

эффект Джозефсонаэталон постоянного и переменного электрического напряженияквантовый измерительный преобразовательJosephson effectstandard of CD voltagestandard of AC voltagequantum measurement transducerReferencesРекомендации международного бюро мер и весов по практическому применению системы СИ. URL:www.bipm.org/en/measurement-units/rev-si/(дата обращения: 20.11.2019).The BIPM recommended practical system of units of measurement is the International System of Units, available at:www.bipm.org/en/measurement-units/rev-si/(accessed: 20.11.2019).Рекомендации международного бюро мер и весов по практическому определению ампера и других электрических единиц системы СИ. URL:https://www.bipm.org/utils/en/pdf/si-mep/SI-App2-ampere.pdf(дата обращения: 20.11.2019).The BIPM defi nition of the ampere and other electric units in the SI, available at:https://www.bipm.org/utils/en/pdf/si-mep/SI-App2-ampere.pdf(accessed: 20.11.2019).Актуальные значения фундаментальных констант комитета по данным для науки и техники CODATA. URL:https://www.codata.org/committees-and-groups/fundamentalphysical-constants(дата обращения: 01.12.2019).Actual values of the The Fundamental Physical Constants available at: CODATA Task Group on Fundamental Physical Constants https://www.codata.org/committees-and-groups/fundamental-physical-constants(accessed: 01.12.2019).Васильев Д. Р., Карпов О. В., Крутиков В. Н., Кутовой В. Д., Тертычная М. А., Шерстобитов С. В. Вторичный эталон единицы постоянного напряжения ВЭТ 13-13-01, основанный на эффекте Джозефсона // Измерительная техника. 2003. № 3. С. 25–29.Vasil’ev D. R., Karpov O. V., Krutikov V. N., Kutovoi V. D., Tertychnaya M. A., Sherstobitov S. V., Measurement Techniques, 2003, vol. 46, no. 3, pp. 254–261. DOI:10.1023/A:1024061212665Hamilton C. A., Burroughs C. J., Kautz R. L., IEEE Trans. Instrum. Meas, 1995, vol. 44, no. 2, pp. 223–225. DOI:10.1109/19.377816Hamilton C. A., Burroughs C. J., Kautz R. L., IEEE Trans. Instrum. Meas, 1995, vol. 44, no. 2, pp. 223–225. DOI:10.1109/19.377816Benz S. P., Hamilton C. A., Appl. Phis. Lett., 1996, vol. 68, no. 22, pp. 3171–3173. DOI:10.1063/1.115814Benz S. P., Hamilton C.A., Appl. Phis. Lett., 1996, vol. 68, no. 22, pp. 3171–3173. DOI:10.1063/1.115814Карпов О. В., Бухштабер В. М., Тертычная М. А., Тертычный С. И., Шерстобитов С. В. Квантовый цифровой синтезатор переменного напряжения на основе широтно-импульсной модуляции тока смещения джозефсоновского перехода // Радиотехника и электроника. 2009. Т. 54. № 2. С. 246–252. DOI:10.1134/S1064226909020181Karpov O. V., Buchstaber V. M., Tertychnaya M. A., Tertychnyi S. I., Sherstobitov S. V., Communications Technology and Electronics, 2009, vol. 54, no. 2, pp. 234–240. DOI:10.1134/S1064226909020181Karpov O. V., Buchstaber V. M., Sherstobitov S. V., Tertychniy S. I., Tertychnaya M. A., Niemeyer J., Journal of Applied Physics, 2008, vol. 104, no. 9, pp. 093911–093911-4.DOI:0.1063/1.2960455Karpov O. V., Buchstaber V. M., Sherstobitov S. V., Tertychniy S. I., Tertychnaya M. A., Niemeyer J., Journal of Applied Physics, 2008, vol. 104, no. 9, pp.093911–093911-4. DOI:10.1063/1.2960455Urano C., Kaneko N., Oe T., Maezawa M., Itatani T., Gorwadkar S., Saitiu H., Maeda J., Kiryu S., Physica C. 2007, vol. 464–465, pp. 1123–1126. DOI:10.1109/tasc.2019.2899851Urano C., Kaneko N., Oe T., Maezawa M., Itatani T., Gorwadkar S., Saitiu H., Maeda J., Kiryu S., Physica C. 2007, vol. 464–465, pp. 1123–1126. DOI:10.1016/j.physc.2007.01.066KielerO., Karlsen B., Per Alfred Ohlckers, Bardalen E., Muhammad Nadeem Akram, Behr R., Ireland J., Williams J., Malmbekk H., Palafox L., Wendisch R., IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2019, vol. 29, no. 5, p. 1200205. DOI:10.1109/tim.2018.2877562Kieler O., Karlsen B., Per Alfred Ohlckers, Bardalen E., Muhammad Nadeem Akram, Behr R., Ireland J., Williams J., Malmbekk H., Palafox L., Wendisch R., IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2019, vol. 29, no. 5, p. 1200205. DOI:10.1109/tim.2018.2877562Sherstobitov S. V., Dobrovolskiy V. I., Karpova M. V., Abstracts of BIPM Workshop The Quantum Revolution in Metrology, Paris, France, September 28–29, 2017, URL: https://www.bipm.org/utils/common/pdf/WS-Quantum-Revolution/S4/S4-15.pdf(дата обращения: 20.11.2019).Sherstobitov S. V., Dobrovolskiy V. I., Karpova M. V, Optically driven quantum Josephson voltage standard. Abstracts of BIPM Workshop The Quantum Revolution in Metrology, Paris, France, September 28–29, 2017. аvailable at: https://www.bipm.org/utils/common/pdf/WS-Quantum-Revolution/S4/S4-15.pdf(accesed: 20.11.2019).Калиткин Н. Н. Численные методы. СПб.: БХВПетербург, 2011. 592 c.Kalitkin N. N. Chislennie metody. St. Petersburg, BXVPetersburg Publ., 2011, 592 p. (in Russian).Karpov O. V., Buchstaber V. M, Sherstobitov S. V., Tertychniy S. I., Niemeyer J., Kieler O., Journal of Applied Physics, 2006, vol. 100, pp. 93–97. DOI:10.1063/1.2358817Karpov O. V., Buchstaber V. M, Sherstobitov S. V., Tertychniy S. I., Niemeyer J., Kieler O., Journal of Applied Physics, 2006, vol. 100, pp. 93–97. DOI:10.1063/1.2358817Kieler O. F., Behr R., Wendisch R., Bauer S., Palafox L., Kohlmann J., IEEE Trans. Appl. Supercond, 2015, vol. 25, no. 3, pp. 1–5. DOI:10.1109/TASC.2014.2366916Kieler O. F., Behr R., Wendisch R., Bauer S., Palafox L., Kohlmann J., IEEE Trans. Appl. Supercond, 2015, vol. 25, no. 3, pp. 1–5. DOI:10.1109/TASC.2014.2366916Oliver F. Kieler, Thomas Scheller, Johannes Kohlmann, Cryocooler Operation of a Pulse-Driven AC Josephson Voltage Standard at PTB, World Journal of Condensed Matter Physics, 2013, vol. 3, pp.189–193. DOI:10.4236/wjcmp.2013.34031Oliver F. Kieler, Thomas Scheller, Johannes Kohlmann, Cryocooler Operation of a Pulse-Driven AC Josephson Voltage Standard at PTB, World Journal of Condensed Matter Physics, 2013, vol. 3, pp.189–193. DOI:10.4236/wjcmp.2013.34031

The authors declare that there are no conflicts of interest present.