Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для организации базы эталонов единиц величин

Устройство относится к области измерительной техники и может быть использовано в автоматических и автоматизированных измерительных системах различного назначения в качестве базы эталонов единиц величин.

Известен способ метрологического обслуживания средств измерений в местах их эксплуатации, который поясняет порядок формирования эталонов напряжения и сопротивления по функциональной зависимости от частоты [1]. Государственная система обеспечения единства измерений использует первичный эталон электрического сопротивления на основе эффекта Холла. В работе [2] авторы рассматривают эталон единицы напряжения с выходом 1 В. Однако их описание ограничено только указанными эталонами, что существенно ограничивает область его применения.

Задачей изобретения является создание устройства для организации базы единиц частоты, времени, длинны, силы тока, напряжения и сопротивления. Указанный технический результат достигается устройством для организации базы эталонов единиц величин.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлены следующие блоки:

1.1 - первый блок деления;

1.2 - второй блок деления;

1.3 - третий блок деления;

1.4 - четвертый блок деления;

2.1 - первый блок формирования умножения;

2.2 - второй блок формирования умножения;

2.3 - третий блок формирования умножения;

3.1 - первый блок формирования суммы.

Входы блоков 1.1, 2.1, 2 вход блока 1.2, входы блоков 3.1, 2 вход блоков 2.2 и 2.3, входы блока 1.4 являются входами в устройство; выход блока 1.1 является 1 выходом устройства; выход блока 2.1 является первым входом блока 1.2, выход которого является 1 входом блока 1.3 и 2 выходом устройства; выход блока 3.1 является 1 входом блока 2.2, выход которого является 1 входом блока 2.3, выход которого является 2 входом блока 1.3 и 4 выходом устройства; выход блока 1.3 является 3 выходом устройства; выход блока 1.4 является 5 выходом устройства. Для пояснения принципа работы устройства приведем следующие выкладки [3].

В настоящее время в мире наметился переход от эталонов в качестве материальных объектов на более стабильные методы расчетов значений при помощи формул, основанных на физических константах (постоянных величинах, входящих в уравнения, описывающие фундаментальные законы природы и свойства материи), то есть физические величины находят через зависимость от постоянных констант [4].

Требуемый технический результат достигается тем, что развитие измерительной техники позволяет воспроизводить единицу частоты ƒ [Hz] с погрешностью 10^-15-10^-13 Hz, что является наибольшей по точности среди других единиц величин. Применение преобразователей за счет косвенного метода делает возможным выразить остальные единицы величин через частоту с погрешностью не хуже погрешности используемых преобразователей. Согласно определению периода следования сигнала [5]

где Т - период следования сигнала [s], что эквивалентно единице времени.

Функциональная зависимость длинны волны λ [m] от производных реализует единицу длины [6]

где с = 1/299792458 [m/s] - скорость света.

В работе [7] автор определяет единицу силы тока I [A] как

где m - целое число, соответствующее синхронизации Блоховских колебаний m-ной гармоникой внешнего сигнала;

е = 1,602176634⋅10^-19[С] - элементарный электронный заряд.

Для получения эталона электрического напряжения U [V] будем руководствоваться формулой [7]

где т - целое число;

k_j = 483597,8484⋅10⁹ [Hz⋅V^-l] - фундаментальная константа Джозефсона.

Для получения эталона постоянного электрического сопротивления R [Ω], будем руководствоваться формулой [5]

Устройство работает следующим образом. На 4 вход устройства подается известное значение частоты с эталона частоты, которое поступает на 1 вход блоков 1.1, 2.1, 2 вход блоков 2.3 и 1.4; на 2 вход блока 1.1 поступает значение единицы, на выходе которого формируется значение которая представляет собой единицу времени и поступает на 1 выход устройства; на второй вход устройства, который является вторым входом блока 2.1 поступает значение n, на выходе которого формируется значение ƒ⋅n, которое поступает на 1 вход блока 1.2, на 3 вход устройства, который является 2 входом в блок 1.2, формируется значение которое представляет собой эталон единицы электрического напряжения и поступает на 2 выход устройства; входы устройства 5, 6 являются входами 1, 2 блока 3.1, на выходе которого формируется значение 2⋅m, которое поступает на 1 вход блока 2.2; вход 7 устройства является 2 входом блока 2.2, на выходе которого формируется значение 2⋅m⋅е. которое поступает на 1 вход блока 2.3, который является эталоном электрического сопротивления и поступает на 4 выход устройства, а также является 2 входом блока 1.3; выход блока 1.3 представляет собой единицу эталона электрического напряжения и поступает на 3 выход устройства; вход 8 устройства является 1 входом блока 1.4, на выходе которого формируется значение которое представляет собой эталонную единицу длинны и поступает на 5 выход устройства.

Литература

1. RU 2718147, 2020 г.

2. Гудков А.Л., Гогин А.А., Козлов А.И., Самусь А.Н., Краснополин И.Я. Эталон напряжения постоянного тока. Сверхпроводниковая ИС на основе переходов Джозефсона. - Электроника: Наука, Технология, Бизнес, 2007, №6, с. 90-93.

3. Андрашитов Д.С., Гежа С.А., Филимонов А.А. Способ повышения точности измерений на борту космических аппаратов // Современные наукоемкие технологии, №5, 2020, С. -15-19.

4. Резолюции 26-й Генеральной конференции по мерам и весам // https://www.bipm.org/utils/common/pdf/CGPM-2018/26th-CGPM-Resolutions. pdf. Дата принятия 08 04.2019 (Дата обращения 26.07.2020).

5. Орир Дж., перевод Рудой Ю.Г., Берков А.В. Физика, Полный курс, примеры, задачи, решения. Учебник. Издательство «КДУ», 2010 г. 198 - 200 с.

6. Голубев А. В погоне за точностью: единый эталон времени-частоты-длины// Наука и жизнь, №12, 2009 г., с. 93-99.

7. Зорин А.Б. Когерентные явления в туннельных джозефсоновских переходах с малой емкостью и квантовые устройства на их основе: дис. … док. техн. наук: 01.04.07. - Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына, Москва, 2005 - 160 с.