什么是實(shí)物電壓基準(zhǔn)？

定義

計(jì)量基準(zhǔn)按其定義計(jì)量單位的形式可分為自然基準(zhǔn)和實(shí)物基準(zhǔn)。自然基準(zhǔn)是指以自然現(xiàn)象或物理效應(yīng)來(lái)定義計(jì)量單位而以實(shí)物復(fù)現(xiàn)的計(jì)量基準(zhǔn)；實(shí)物基準(zhǔn)是以實(shí)物來(lái)定義、復(fù)現(xiàn)計(jì)量單位的計(jì)量基準(zhǔn)，又稱人工基準(zhǔn)。

1

實(shí)物電壓基準(zhǔn)定義

電學(xué)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，在建立量子電壓基準(zhǔn)之前，保存、復(fù)現(xiàn)和傳遞電壓基本單位-伏特的方法是采用一組飽和式惠斯登標(biāo)準(zhǔn)電池的端電壓的平均值來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；菟沟请姵貎啥说碾妱?dòng)勢(shì)約為1.018V，我們稱這種由標(biāo)準(zhǔn)電池組構(gòu)成的電壓基準(zhǔn)為實(shí)物基準(zhǔn)。

2

實(shí)物基準(zhǔn)有什么弱點(diǎn)？

隨著工業(yè)水平的提高，對(duì)計(jì)量工作準(zhǔn)確度的要求也越來(lái)越高，而電壓實(shí)物基準(zhǔn)由于受制作工藝、使用材料、技術(shù)條件的限制，很難將它所保存的電壓標(biāo)準(zhǔn)的不確定度水平進(jìn)一步提高。同時(shí)，電壓實(shí)物基準(zhǔn)的弱點(diǎn)也越來(lái)越突出，主要有電池的保存環(huán)境和電池自身的穩(wěn)定性。

對(duì)實(shí)物基準(zhǔn)的保存，除了要考慮到實(shí)物基準(zhǔn)免受各種(例如戰(zhàn)爭(zhēng)、地震、運(yùn)輸?shù)?可能因素產(chǎn)生的機(jī)械損害之外，對(duì)大氣壓、濕度和溫度等實(shí)驗(yàn)室的保存條件也提出了更高的要求?；菟沟请姵氐臏囟认禂?shù)大約為40μV/ ℃。當(dāng)存放電池的環(huán)境溫度變化0.001℃時(shí)，由惠斯登電池所保存的電壓標(biāo)準(zhǔn)將改變4×10-8。電池自身的不穩(wěn)定性可以用年變換量的指標(biāo)來(lái)描述。用高穩(wěn)定性的量子電壓基準(zhǔn)對(duì)惠斯通電池所保存的lV電壓標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，1.018V電壓值隨時(shí)間緩慢漂移，對(duì)所觀測(cè)的一個(gè)電池組的平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理后得到年變化量約為1×10-7量級(jí)。

我國(guó)于1993年和1999年先后建立了lV和10V約瑟夫森量子電壓基準(zhǔn)，在電學(xué)計(jì)量領(lǐng)域里完成了電壓?jiǎn)挝环貜膶?shí)物基準(zhǔn)到自然基準(zhǔn)的過(guò)渡。自然基準(zhǔn)比較實(shí)物基準(zhǔn)不僅穩(wěn)定性好、易復(fù)現(xiàn)，其不確定度的技術(shù)指標(biāo)可以達(dá)到1×10-8的數(shù)量級(jí)。

審核編輯 黃宇