Еталон ампера на основі квантових ефектів

Вище було сказано про можливості створення еталона ампера на ефекті одноелектронного тунелювання, але практична реалізація відповідної апаратури поки далека від свого завершення. Але існує можливість відтворення ампера на основі квантового вольта, квантового ома і закону Ома. Кілька країн створили відповідну апаратуру, в тому числі Росія.

Розглянемо створений у такий спосіб еталон Росії. Еталон складається з 2-х комплексів засобів вимірювання, один з яких включає апаратуру для відтворення одиниці сили струму на основі квантових ефектів, інший – апаратуру для одержання малих значень сили струму на основі методів електрометрії [28, 44].

Комплекс для відтворення сили струму (рис. 4.24,а) складається з міри напруги на базі ефекту Джозефсона, набору кріогенних рівнономінальних резисторів, що комутуються надпровідним перемикачем, чотирьох еталонних мір електричного опору 1 Ом, атестованих за допомогою еталона на квантовому ефекті Холла, кріогенного струмового компаратора з нуль-індикатором на НКВІД* (рис. 4.25). Комплекс являє собою багатозначну міру постійного струму з номінальними значеннями 1 мА і 1 А.

Рис. 4.24. Структурна схема еталона одиниці сили струму Росії

Рис. 4.25. Фрагмент апаратури еталона ампера

Значення відтвореного струму визначається зі співвідношення:

,

де , – цілі числа; – частота опромінення; і – сталі Джозефсона і Клітцинга, відповідно.

Основними елементами другого комплексу (рис. 4.24,б), що відтворює силу постійного струму в діапазоні 10^-16 – 10^-9 А, є міра ємності , міра напруги, яка змінюється за лінійним законом, вимірювачі напруги і часу , компаратор. У режимі відтворення вихідний струм визначається за формулою

.

У режимі компарування відбувається компенсація заряду, створюваного на одній з пластин конденсатора струмом , зарядом, створюваним на іншій пластині конденсатора відомим струмом , тобто здійснюється зустрічне включення багатозначної міри струму й джерела , що калібрується. Тоді =.

Невиключена систематична похибка відтворення сили струму в діапазоні від 1·10^-3 до 1 А становить 2·10^-7 при СКВ випадкової похибки 5·10^-8