Синюков В.В., Конча А.В., Назаров А.И.

Военный авиационный инженерный университет, Россия

Анализ существующей системы эталонов

электрического сопротивления и основные

направления ее совершенствования

Всякая целенаправленная деятельность, связана с необходимостью получения своевременных и достоверных знаний для принятия правильных решений и оценки их последствий. Решение многих задач контроля параметров связано с измерением электрического сопротивления. Современные образцы техники создаются на грани потенциальной реализуемости физических явлений, эффектов, процессов. Неуклонный рост точностных показателей нового поколения приборов, создание аппаратуры на основе новых явлений и принципов, предопределяют повышение требований не только к уровню метрологических характеристик средств контроля их параметров, но к качеству действующей системы метрологического обеспечения, основу которой составляют рабочие эталоны.

Идея использовать в качестве меры единицы электрического сопротивления проводника определенной длины и сечения зародилась еще в 18 веке в период становления электрических единиц. Так в 1838 году Ленц предложил принять электрическое сопротивление медной проволоки длиной 1фут при температуре 15 °К в качестве единицы сопротивления [1].

Качественно новые возможности повышения точности абсолютных измерений сопротивления появились благодаря открытию квантового эффекта Холла. В 1980 году Клитцинг, Дорда и Пешгер [1] обнаружили, что в инверсионном слое электронов, помещенном в сильное магнитное поле при температуре жидкого гелия, возникает неизвестный ранее макроскопический квантовый эффект, названный в последствия квантовым эффектом Холла (КЭХ). Экспериментальная точность квантования так высока, что встал вопрос о метрологическом применении КЭХ – создания нового эталона сопротивления.

Зависимость сопротивления Холла только от фундаментальных физических констант позволяет определять абсолютный размер единицы сопротивления независимым способом. На 77-м заседании Международного комитета мер и весов (МКМВ) была принята рекомендация по одновременному введению всеми странами нового представления единицы электрического сопротивления - ома на основе использования квантового эффекта Холла. При этом МКМВ рекомендовало использовать значение: R_H = 25812,807(5) Ом[2].

В состав государственного первичного эталона единицы электрического сопротивления, хранимого и применяемого во ВНИИМ в соответствии с рекомендациями МКМВ введена установка УКС-1, реализующая квантовый эффект Холла и обеспечивающая передачу значения R_Н десятикратным мерам сопротивления.

Государственный первичный эталон представляет собой группу из десяти манганиновых мер электрического сопротивления (МЭС) постоянному току с номинальным значением 1 Ом, мостовой измерительной установки, набора МЭС для передачи размера единицы вторичным эталонам в диапазоне (10^-3-10⁹) Ом, установки УКС-1, реализующей квантовый эффект Холла.

В качестве рабочих эталонов 0-го разряда электрического сопротивления постоянного тока применяют группу мер с номинальным значением 1 Ом и наборы мер с номинальными значениями от 10^-3 до 10⁹ Ом. Рабочие эталоны применяют для передачи размера единицы эталонным мерам электрического сопротивления 1-го разряда сличением при помощи компаратора (моста переменного тока).

Основным недостатком РЭ 0-го разряда после введения нового представления единицы электрического сопротивления на основе использования квантового эффекта Холла, и введением в состав государственного эталона установки УКС-1, является хранение единицы с помощью мер сопротивления номинальным значением 1 Ом, так как с квантовым сопротивлением Холла сравниваются с наибольшей точностью меры номинальными значениями 100 Ом и 10 кОм. Учитывая, что ряд номинальных значений сопротивления мер, применяемых в качестве рабочих эталонов, начинается с 1МОм и заканчивается 1ГОм, очевидно, что применение мер номиналом 10 кОм в составе РЭ 0-го разряда для хранения и передачи размера единицы электрического сопротивления будет наиболее эффективным. Это обусловлено центральным положением номинала 10 кОм относительно границ всего диапазона РЭ электрического сопротивления. Для устранения этого недостатка необходимо провести модернизацию существующего РЭ в части создания эталонной группы МЭС 6х10 кОм. Анализ существующих МЭС показывает, что наиболее перспективным является использование в качестве эталонных МЭС выполненных на основе металлофольговых резисторов. Исследование возможности применения металлофольговых мер электрического сопротивления номиналом 10 кОм в качестве основного группового эталона является важной и актуальной научно-технической задачей.

Литература:

1. Литвинов Б. Я. Передача размера единицы электрического сопротивления и контроль изделий электронной техники – СПб.: СЗТУ, 2007. - 154 с.

2. Клебанов И. Я. Эталоны сопротивления постоянного/переменного тока нового поколения. – Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика, 2000. №10 – с. 70-75.