izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2025-1-113-118izmertech-2361Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSИсследование квантовой меры напряжения ВНИИМ в режиме измерения переменного напряжения.Study of VNIIM quantum voltage standard in the mode of measuring alternating voltage.https://orcid.org/0000-0001-5597-9437КатковА. С.KatkovA. S.

Алекcандр Сергеевич Катков

Alexander S. Katkov

A.S.Katkov@vniim.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1418-3680ГублерГ. Б.GublerG. B.

Глеб Борисович Гублер

Gleb B. Gubler

G.B.Gubler@vniim.ruШевцовВ. И.ShevtsovV. I.

Владимир Иванович Шевцов

Vladimir I. Shevtsov

V.I.Schevtsov@vniim.ruhttps://orcid.org/0009-0001-5448-910XСладовскийИ. А.SladovskiyI. A.

Иван Анатольевич Сладовский

Ivan A. Sladovskiy

I.A.Sladovskiy@vniim.ruВсероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. МенделееваРоссияD. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation202510042025741113118Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20252025ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2361

В связи с планируемыми Международным бюро мер и весов сличениями эталонов напряжения на постоянном и переменном токе на основе квантового эффекта Джозефсона в соответствии с Техническим протоколом сличений BIPM.EM-K10 исследована возможность применения программируемой джозефсоновской микросхемы из состава Государственного первичного эталона единицы электрического напряжения ГЭТ 13-2023 для измерения синусоидальных напряжений 0,75 В и 7 В в диапазоне частот 62,5–1000,0 Гц. При измерениях напряжений в диапазоне частот 62,5–200,0 Гц совместно с квантовой мерой использован цифровой вольтметр со специально разработанным программным обеспечением для измерений переменного напряжения. Полученные результаты отличаются от результатов измерений, представленных в Техническом протоколе сличений. Однако по итогам проведённого исследования подтверждена возможность применения квантовой меры напряжения на основе программируемой джозефсоновской микросхемы из состава ГЭТ 13-2023 для сличений на основе указанного Технического протокола. Проанализировано взаимодействие квантовой меры и источника переменного напряжения, и сделан вывод о необходимости контроля цифровым вольтметром с рекомендованным в Техническом протоколе сличений программным обеспечением воспроизводимого переменного напряжения.

In connection with the planned comparisons of AC and DC voltage standards based on the quantum Josephson effect by the International Bureau of Weights and Measures in accordance with the Technical Protocol of Comparisons BIPM.EM-K10, the possibility of a programmable Josephson voltage array from the State Primary Standard of the Unit of Electric Voltage GET 13-2023 for measuring sinusoidal voltages of 0.75 V and 7 V in the frequency range of 62.5–1000.0 Hz was investigated. When measuring voltages in the frequency range of 62.5–200.0 Hz, a digital voltmeter with specially developed software for measuring AC voltage was used together with the quantum voltage standard. The obtained results differ from the measurement results presented in the Technical Protocol of Comparisons. However, the results of the conducted study confirmed the possibility of using a quantum voltage standard based on a programmable Josephson array from GET 13-2023 for comparisons based on the specified Technical Protocol. The interaction of the quantum voltage standard and the AC voltage source was analyzed, and a conclusion was made on the need to control the reproduced AC voltage with a digital voltmeter with the software recommended in the Technical Protocol for comparisons.

измерениепеременное напряжениеэффект Джозефсонаджозефсоновские программируемые микросхемысличения эталоновквантовый эталон вольтаmeasurementsC voltageJosephson effectJosephson programmable arrayscomparisons of standardsquantum voltage standardReferencesJosephson B. D. Possible new effects in superconductive tunnelling. Physics Letters, 1(7), 251–253 (1962). https://doi.org/10.1016/0031-9163(62)91369-0Josephson B. D. Possible new effects in superconductive tunnelling. Physics Letters, 1(7), 251–253 (1962). https://doi.org/10.1016/0031-9163(62)91369-0Кpжимовский В. И., Катков А. С. Повышение точности поддеpжания единицы ЭДС. Всесоюзное совещание «Квантовая метpология и фундаментальные физические константы». Тезисы доклада. ВНИИМ, Ленинград, с. 173–174 (1982).Krzymovsky V. I., Katkov A. S. Increasing the accuracy of maintaining the unit of EMF. All-Union Conference “Quantum Metrology and Fundamental Physical Constants”. Abstracts of the report. VNIIM, Leningrad, pp. 173–174 (1982). (In Russ.)Колтик Е. Д., Галахова О. П., Кpжимовский В. И. и др. Госудаpственный первичный эталон единицы ЭДС и пеpеход на новый pазмеp вольта. Измеpительная техника, (10), 6–7 (1991).Koltik E. D., Galakhova O. P., Krzymovsky V. I. et al. State primary standard of the unit of EMF and the transition to a new size of the volt. Izmeritel’naya Tekhnika, (10), 6–7 (1991). (In Russ.)Катков А. С., Колтик Е. Д., Кржимовский В. И., Телитченко Г. П. Единый квантовый эталон вольта на постоянном и переменном токе. Концепция построения. Измеpительная техника, (12), 39–42 (1997).Katkov A. S., Koltik E. D., Krzhimovskii V. I. et al. Common quantum voltage standard for direct and alternating currents. Development concept. Measurement Techniques, 40(12), 1191–1196 (1997). https://doi.org/10.1007/BF02504165Крутиков В. Н., Катков А. С. Эталон вольта России. Контрольно-измерительные приборы и системы, (3), 25 (2000).Krutikov V. N., Katkov A. S. Standard of the Volt of Russia. Control and Measuring Instruments and Systems, (3), 25 (2000). (In Russ.)Александров В. С., Катков А. С., Телитченко Г. П. Новый государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений постоянного электрического напряжения и электродвижущей силы. Измерительная техника, (3), 6–9 (2002).Aleksandrov V. S., Katkov A. S., Telitchenko G. P. New State primary standard and state test scheme for instruments for measuring DC electrical voltage and electromotive force. Measurement Techniques, 45(3), 228–232 (2002). https://doi.org/10.1023/A:1015954501462Катков А. С., Шевцов В. И., Громова Ю. А. Государственный первичный эталон вольта четвёртого поколения. Измерительная техника, (7), 4–8 (2023). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-7-4-8; https://www.elibrary.ru/ptxxqwKatkov A. S., Shevtsov V. I., Gromova J. A. State primary voltage standard of the fourth generation. Measurement Techniques, 66(7), 447–453 (2023). https://doi.org/10.1007/s11018-023-02246-1Solve S., Kim M. -S., Palafox L. et al. Update on the future BIPM on-site comparison program for Josephson ac voltage standards. Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2020), Denver, USA, pp. 1–2 (2020). https://doi.org/10.1109/CPEM49742.2020.9191727Solve S., Kim M. -S., Palafox L. et al. Update on the future BIPM on-site comparison program for Josephson ac voltage standards. Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2020), Denver, USA, pp. 1–2 (2020). https://doi.org/10.1109/CPEM49742.2020.9191727Lee J., Behr R., Katkov A., Palafox L. Error contributions in stepwise synthesized Josephson sine waves. Conference Digest (CPEM 2008). Broomfield, рp. 78–79 (2008).Lee J., Behr R., Katkov A., Palafox L. Error contributions in stepwise synthesized Josephson sine waves. Conference Digest (CPEM 2008). Broomfield, pp. 78–79 (2008).Lee Jinni, Behr Ralf, Palafox Luis et al. An ac quantum voltmeter based on a 10 V programmable Josephson array. Metrologia, 50(6), 612–622 (2013). https://doi.org/10.1088/0026-1394/50/6/612Lee Jinni, Behr Ralf, Palafox Luis et al. An ac quantum voltmeter based on a 10 V programmable Josephson array. Metrologia, 50(6), 612–622 (2013). https://doi.org/10.1088/0026-1394/50/6/612Катков А. С., Ловцюс В. Э., Быков А. И., Шевцов В. И., Новодережкин Г. В. Воспроизведение вольта на основе переходов Джозефсона СИС-и СНС-типа. Измеpительная техника, (6), 45–48 (2017). https://www.elibrary.ru/yzjourKatkov A. S., Lovtsyus V. E., Bykov A. I. Shevtsov V. I., Novoderezhkin G. V. Reproduction of the Volt Based on SIS and SNS-type Josephson Junctions. Measurement Techniques, 60(6), 589–593 (2017). https://doi.org/10.1007/s11018-017-1240-1Katkov A., Shevtsov V., Gubler G. VNIIM 10 V Programmable Josephson Voltage Standard. Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2018), Paris, France, pp. 1–2 (2018). https://doi.org/10.1109/CPEM.2018.8500892Katkov A., Shevtsov V., Gubler G. VNIIM 10 V Programmable Josephson Voltage Standard. Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2018), Paris, France, pp. 1–2 (2018). https://doi.org/10.1109/CPEM.2018.8500892Gubler G. B. and Shapiro E. Z. Implementation of sampling measurement system for new VNIIM power standard. Conference on Precision electromagnetic Measurements (CPEM 2012), Washington, USA, pp. 294–295 (2012). https://doi.org/10.1109/CPEM.2012.6250918Gubler G. B., Shapiro E. Z. Implementation of sampling measurement system for new VNIIM power standard. Conference on Precision electromagnetic Measurements (CPEM 2012), Washington, USA, pp. 294–295 (2012). https://doi.org/10.1109/CPEM.2012.6250918Телитченко Г. П., Шевцов В. И. Новый государственный специальный первичный эталон единицы электрического напряжения – вольта – в диапазоне частот от 10–3∙107 Гц. Измерительная техника, (7), 3–5 (2009). https://www.elibrary.ru/mvqlhrTelitchenko G. P., Shevtsov V. I. The new state special primary standard for the unit of electrical potential (the volt) in the frequency range 10–3•107 Hz. Measurement Techniques, 52(7), 687–690 (2009). https://doi.org/10.1007/s11018-009-9334-z

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