公告/发布日期:2015/06/24

mile米乐中国官方网站 开发了具有世界最高性能水平的紧凑型直流电压标准

-实现±2 ppm/年的高稳定性-

积分

  • 充分利用各种电压参考源技术开发紧凑的直流电压标准
  • 实现了±2 ppm/年的世界最高水平稳定性(10 V 输出)
  • 扩展单元方法可实现高精度和高效的电压测量


摘要

米乐m6官方网站[理事长中钵良二](以下简称“AIST”)物理测量标准研究部[研究部部长中村泰宏]量子电气标准研究组与ADC株式会社[社长持田浩](以下简称“ADC”)合作开发了一款具有世界最高水平的时间稳定性和温度稳定性的紧凑型产品直流电压标准

 新开发的直流电压标准是通过使用量子标准对作为参考源的电压标准部分进行精密测量,并充分利用电路噪声对策、隔热安装和模块化技术来实现的。有望在制造商研发现场、质量控制部门、大学、研究所、校准实验室等实现高精度电压测量,并大幅提高校准操作效率。

制定直流电压标准和使用形象
制定直流电压标准和使用形象


发展的社会背景

电子行业的制造现场需要高精度测量仪器来准确测量电量。此外,为了高​​精度地维护和管理测量仪器,直流电压标准器是检查和校准测量仪器测量精度的极其重要的设备。

目前国家电压标准采用超导技术约瑟夫森效应按电压标准进行维护和管理,通过有限数量的大型直流电压标准作为标准供应给用户(校准机构)。

 近年来,许多产品及其制造都使用了基于电力的控制和驱动系统,这使得在制造现场测量电压比以往任何时候都更加必要。因此,需要一种紧凑的直流电压标准,无论位置如何,都可以执行准确而复杂的电压测量。

研究历史

 AIST 作为日本国家计量机构,制定了在全球范围内具有高标准且符合行业要求的国家标准可追溯性我们一直在构建一个系统。在直流电压领域,我们较早实现了基于量子力学原理的约瑟夫森效应电压标准,并一直致力于改进和研究,以及电压标准精密测量技术的开发。

在ADC,我们一直致力于数字万用表和其他电气测量仪器的开发,并使其更加准确和实用。然而,采用半导体技术的传统测量仪器在准确评估电压参考源模块随时间的稳定性方面存在局限性,而这是决定这些仪器性能的关键。

 因此,通过将 AIST 使用约瑟夫森效应电压标准的精密测量技术与 ADC 电压基准源模块安装技术相结合,我们决定开发自己的直流电压标准,对其进行评估,并旨在实现最高水平的稳定性。

研究内容

 这次,我们使用约瑟夫森效应电压标准评估了直流电压标准所需的齐纳二极管元件的老化特性(图)。从多项评估结果中,我们选择了特性良好的元件,将其安装在温度控制模块上,然后评估和改进其温度系数。这样制定的直流电压标准作为小型直流电压标准具有世界最高的性能水平。开发的标准器件的输出电压为72 V和10 V,但在72 V输出时,随时间的稳定性为±1ppm(百万分之一)/年,温度稳定性为 ±002 ppm(2/1 亿)/°C,输出 10 V 时,时间稳定性为 ±2 ppm(2/1 亿)/年,温度稳定性为 ±003 ppm(3/1 亿)/°C。该性能相当于或优于目前市场上顶级直流电压标准在 10 V 输出下的时间稳定性(±2 ppm/年)和温度稳定性(±004 ppm/°C)。

而且,传统标准设备的最大问题是一旦关闭电源,再次打开电源后需要相当长的时间(数十小时)才能稳定使用。此外,如果标准装置的电源被关闭,则不再保证最新的校准值,因此如果需要高精度的可追溯性,则需要再次进行校准。

 因此,新开发的直流电压标准配置了一个小型可拆卸模块(主体)和多个扩展单元(电池组),使其可以在不关闭电源的情况下运行超过40小时。当主机连接到扩展单元时,无需连接交流电源即可在电池长时间运行时获得标准电压输出,从而无需叠加交流电源的噪声即可进行精确测量。此外,比以前小得多的主机内置电池,可以维持电力20分钟,因此,如果您为每个需要的位置准备一个扩展单元,则可以在保持电力的情况下移动主机。通过将主单元从扩展单元上拆下并将其插入单独准备的扩展单元中,可以进行连续的校准工作,这有望显着提高工作效率。

直流电压标准元件(单体)评价数据示例图
图直流电压标准装置评估数据示例(单体)

未来计划

 AIST和ADC计划使用共同开发的直流电压标准作为高精度数字万用表和电压/电流发生器等测量仪器的参考电压源。



术语解释

◆直流电压标准
也称为电子直流电压发生器。通过使用齐纳二极管的击穿电压作为参考,可以生成10V等标准电压,用于精密电测量、校准实验室等相关研发场所。随着时间的推移,生成的电压值不可避免地会发生轻微的漂移波动,并且经常需要可追溯至国家标准的定期校准工作。因此,最重要的性能是产生的电压随时间和环境的稳定性。[返回来源]
◆约瑟夫森效应
在具有薄普通导体夹在两个超导体之间的结构的元件中发生的物理现象,包括超导电子对的隧道效应和相关的量子力学效应。它是由英国物理学家布赖恩·D·约瑟夫森发现的,他于1973年获得了诺贝尔物理学奖。[返回来源]
◆可追溯性
从用户仪器到国家标准的不间断校准链。它对于确保产品安全和进出口等商业交易的顺利进行至关重要。[返回来源]
◆ppm
百万分之一的首字母1/1,000,000 的含义。 1 ppm = 00001%[返回来源]



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