Устройство для организации базы эталонов единиц величин Российский патент 2021 года по МПК G01R1/28 

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.

Заявленное изобретение относится к автоматическим и автоматизированным измерительным системам различного назначения и может быть использовано в качестве базы эталонов единиц величин. Устройство состоит из первого и второго блока деления, первого, второго и третьего блока формирования умножения, первого блока формирования суммы, при этом входы блоков деления 1.1, формирования умножения 2.1, второй вход блока деления 1.2, входы блоков формирования суммы 3.1, второй вход блоков формирования умножения 2.2 и 2.3 являются входами в устройство; выход блока деления 1.1 является первым выходом устройства; выход блока формирования умножения 2.1 является первым входом блока деления 1.2, выход которого является вторым выходом устройства; выход блока формирования суммы 3.1 является первым входом блока формирования умножения 2.2, выход которого является первым входом блока формирования умножения 2.3, выход которого является четвертым выходом устройства. При этом в него введены третий и четвертый блок деления 1.3 и 1.4, выход блока деления 1.2 является первым входом блока деления 1.3, выход блока формирования умножения 2.3 является вторым входом блока деления 1.3, выход которого является третьим выходом устройства, четвертый и восьмой входы устройства является вторым и первым входами блока деления 1.4 соответственно, выход которого является пятым выходом устройства. Технический результат - создание устройства для организации базы единиц частоты, времени, длины волны, силы тока, напряжения и сопротивления. 1 ил.

Устройство для организации базы эталонов единиц величин, состоящее из первого и второго блока деления, первого, второго и третьего блока формирования умножения, первого блока формирования суммы, при этом входы блоков деления 1.1, формирования умножения 2.1, второй вход блока деления 1.2, входы блоков формирования суммы 3.1, второй вход блоков формирования умножения 2.2 и 2.3 являются входами в устройство; выход блока деления 1.1 является первым выходом устройства; выход блока формирования умножения 2.1 является первым входом блока деления 1.2, выход которого является вторым выходом устройства; выход блока формирования суммы 3.1 является первым входом блока формирования умножения 2.2, выход которого является первым входом блока формирования умножения 2.3, выход которого является четвертым выходом устройства, отличающееся тем, что в него введены третий и четвертый блок деления 1.3 и 1.4, выход блока деления 1.2 является первым входом блока деления 1.3, выход блока формирования умножения 2.3 является вторым входом блока деления 1.3, выход которого является третьим выходом устройства, четвертый и восьмой входы устройства является вторым и первым входами блока деления 1.4 соответственно, выход которого является пятым выходом устройства.