rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2026-22-1-5-15XRKVUQrmjournal-598Research ArticleЭталоныStandardsМетод «сопротивление – частота» (Rf-метод) как альтернатива для прецизионного измерения коэффициента взаимной индукции эталонной кварцевой меры КС-4 из состава Государственного первичного эталона единиц магнитных величин ГЭТ 12–2025The Resistance-Frequency Method (Rf-method) as an Alternative for Precision Measurement of the Mutual Inductance Coefficient of the KС-4 Reference Quartz Measure from the State Primary Standard for Units of Magnetic Quantities GET 12–2025ХоревВ. Н.KhorevV. N.

Хорев Вячеслав Никодимович – канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории госэталонов в области магнитных измерений

190005, г. Санкт-Петербург, пр. Московский, 19

Vyacheslav N. Khorev – Cand. Sci. (Eng.), Leading Researcher at the Laboratory of State Standards in the Field of Magnetic Measurements

19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005

khorev@vniim.ruБеляковД. И.BelyakovD. I.

Беляков Денис Игоревич – канд. техн. наук, руководитель лаборатории госэталонов в области магнитных измерений

190005, г. Санкт-Петербург, пр. Московский, 19

Denis I. Belyakov – Cand. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory of State Standards in the Field of Magnetic Measurements

19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005

d.i.belyakov@vniim.ruШиловА. Е.ShilovA. E.

Шилов Александр Евгеньевич – канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории госэталонов в области магнитных измерений

190005, г. Санкт-Петербург, пр. Московский, 19

Alexander E. Shilov – Cand. Sci. (Eng.), Leading Researcher at the Laboratory of State Standards in the Field of Magnetic Measurements

19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005

a.e.shilov@vniim.ruhttps://orcid.org/0009-0001-0397-8392ВороновС. Л.VoronovS. L.

Воронов Сергей Леонидович – старший научный сотрудник лаборатории госэталонов в области магнитных измерений

190005, г. Санкт-Петербург, пр. Московский, 19

Sergey L. Voronov – Senior Researcher the Laboratory of State Standards in the Field of Magnetic Measurements

19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005

s.l.voronov@vniim.ruНикитинА. А.NikitinA. A.

Никитин Алексей Александрович – техник лаборатории госэталонов в области магнитных измерений

190005, г. Санкт-Петербург, пр. Московский, 19

Aleksei A. Nikitin – Technician at the Laboratory of State Standards in the Field of Magnetic Measurements

19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005

a.a.nikitin@vniim.ruФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева»РоссияD. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation202606042026221515Copyright © Хорев В.Н., Беляков Д.И., Шилов А.Е., Воронов С.Л., Никитин А.А., 20262026Хорев В.Н., Беляков Д.И., Шилов А.Е., Воронов С.Л., Никитин А.А.Khorev V.N., Belyakov D.I., Shilov A.E., Voronov S.L., Nikitin A.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/598

В рамках метрологического обеспечения Государственного первичного эталона единиц магнитной индукции, магнитного потока, магнитного момента и градиента магнитной индукции ГЭТ 12–2025 с интервалом в пять лет проводятся прецизионные измерения геометрических параметров обмоток кварцевой меры КС-4.

Однако традиционная процедура измерений КС-4 — долговременная и затратная, потому что требует применения специального оборудования, сложных методов и трудоемкого учета погрешностей.

Оптимизировать процедуру измерений возможно, если взамен разработать альтернативную возможность определения константы КС-4 без потери точности. Исследования в этом направлении ведут в лаборатории государственных эталонов в области магнитных измерений ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева», сотрудниками которой являются авторы настоящей статьи.

Авторы статьи сосредоточили поиск альтернативной возможности определения константы КС-4 на методе «сопротивление – частота» (Rf-метод). Измерительный эксперимент включал порядка 20 серий измерений. Было использовано оборудование из состава ГЭТ 12–2205 и реализована методика определения константы КС-4 на основании измерений частоты и сопротивления.

В результате исследования была доказана жизнеспособность предлагаемого альтернативного метода. Установленная на данной итерации эксперимента погрешность альтернативного метода в пять раз превышает погрешность традиционного геометрического метода определения константы. Однако выявлены потенциальные возможности улучшения характеристик точности альтернативного метода.

Результаты представленного в статье исследования станут основой для дальнейших экспериментов по развитию Rf-метода после совершенствования использованного оборудования и программного обеспечения. При получении в дальнейшем положительных результатов Rf-метод будет внедрен в процедуру метрологического обеспечения Государственного первичного эталона ГЭТ 12–2025. 

Публикация стала вкладом в отраслевую дискуссию, вызванную происходящим в метрологическом сообществе переопределением единиц Международной системы единиц (SI) и возросшей точностью измерений единиц сопротивления и частоты. Представленный в статье экспериментальный материал придаст импульс к поиску оптимальных решений по совершенствованию отечественной эталонной базы в области магнитных измерений.

As part of the metrological assurance of the State Primary Standard for Units of Magnetic Induction, Magnetic Flux, Magnetic Moment, and Magnetic Induction Gradient GET 12–2025, precision measurements of the geometric parameters of the KC-4 quartz gauge windings are carried out at five-year intervals.

However, the traditional measurement procedure for the KC-4 is time-consuming and costly, as it requires the use of special equipment, complex methods, and labor-intensive error accounting.

It is possible to optimize the measurement procedure by developing, instead, an alternative method of determining the KC-4 constant without loss of accuracy. Research in this direction is being conducted at the Laboratory of State Standards in the Field of Magnetic Measurements of the D. I. Mendeleyev Institute for Metrology, whose staff are the authors of the article.

The authors of the article focused their search for an alternative method of determining the KC-4 constant based on the resistance-frequency method (Rf-method). The measurement experiment comprised approximately 20 measurement series. Equipment from GET 12–2205 was used, and a procedure for determining the KC-4 constant based on frequency and resistance measurements was implemented.

As a result of the study, the viability of the proposed alternative method was proven. The error of the alternative method established in this iteration of the experiment is five times higher than that of the traditional geometric method for determining the constant. However, potential opportunities for improving the accuracy characteristics of the alternative method were identified.

The results of the study presented in this article will serve as a foundation for further experiments on the development of the Rf-method after improving the equipment and software used. If positive results are obtained in the future, the Rf-method will be implemented into the metrological assurance procedure of the State Primary Standard GET 12–2025. 

The publication contributes to the field-specific discussion prompted by the ongoing redefinition of the International System of Units (SI) within the metrological community and the increased measurement accuracy of resistance and frequency units. The experimental material presented in the article will provide an impetus for the search for optimal solutions to improve the national reference base in the field of magnetic measurements.

Государственный первичный эталонметоды измерений магнитных величинсредства измерений магнитных величинкоэффициент взаимной индукциимагнитный потокпрецизионные измеренияState Primary Standardmeasurement methods for magnetic quantitiesmeasuring instruments for magnetic quantitiesmutual inductance coefficientmagnetic fluxprecision measurementsReferencesDetermination of the tesla-to-ampere ratio for the KRISS/VNIIM /spl gamma/'/sub P/-experiment / V. Y. Shifrin [et al.] // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1999. Vol. 48, Iss. 2. P. 196–199. https://doi.org/10.1109/19.769562.Shifrin VY, Park PG, Khorev VN, Choi ChH, Lee S. Determination of the tesla-to-ampere ratio for the KRISS/VNIIM /spl gamma/'/sub P/-experiment. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1999;48(2):196–199. https://doi.org/10.1109/19.769562.Развитие эталонной базы в области измерений магнитной индукции и магнитного потока / Д. И. Беляков [и др.] // Измерительная техника. 2017. № 12. С 28–31.Belyakov DI, Khorev VN, Shilov AE, Shifrin VY. Development of a reference database for measuring magnetic induction and magnetic flux. Measurement Techniques. 2017;12:28–31. (In Russ.).Средства измерений параметров магнитного поля / Ю. В. Афанасьев [и др.]. Ленинград : Энергия. Ленингр. отд-ние, 1979. 320 с.Afanas'ev YuV, Studencov NV, Khorev VN, Chechurina EN, Shchelkin AP. Measuring instruments for magnetic field parameters. Leningrad: Ehnergiya. Leningradskoe Otdelenie; 1979. 320 p. (In Russ.).Applications of programmable Josephson voltage standard on magnetic measurements / Z. Wang [et al.] // Electrical & Electronic Measurements Promote Industry 4.0 : 23rd IMEKO TC4 International Symposium, Xi’an, 17–20 September 2019 / IMEKO [et al.]. Xi’an : IMEKO, 2019. P. 200–204.Wang Z, Li H, Gao Yu, Lu Yu, He Q. Applications of programmable Josephson voltage standard on magnetic measurements. In: Electrical & Electronic Measurements Promote Industry 4.0 : 23rd IMEKO TC4 International Symposium, 17–20 September 2019, Xi’an, China. Xi’an: IMEKO; 2019. P. 200–204.Metrological characterization of an enhanced fast digital integrator for magnetic measurements / P. Arpaia [et al.] // Measurement in Research and Industry : XXI IMEKO World Congress, Prague, 30 August − 4 September 2015 / IMEKO [et al.]. Prague : IMEKO, 2015.Arpaia P, Cimmino P, D’Arco M, Fiscarelli L, Parrella A. Metrological characterization of an enhanced fast digital integrator for magnetic measurements. In: Measurement in Research and Industry” : XXI IMEKO World Congress, 30 August − 4 September 2015, Prague, Czech Republic. Prague: IMEKO; 2015.Батраков А. М., Ильин И. В., Павленко А. В. Прецизионные цифровые интеграторы сигналов с точной синхронизацией // Автометрия. 2015. Т. 51, № 1. С. 62–69.Batrakov AM, Il’yin IV, Pavlenko AV. Precision digital signal integrators with accurate synchronization. Avtometriya. 2015;51(1):62–69. (In Russ.).Семенов Ю. П., Кривицкая Е. В., Самодуров И. А. От квантового сопротивления Холла к резисторам квадратурного моста // Научно-техническая конференция Санкт-Петербургского НТО РЭС им. А. С. Попова, посвященная Дню радио. 2022. № 1 (77). С. 294–298.Semenov YuP, Krivickaya EV, Samodurov IA. From quantum Hall resistance to quadrature bridge resistors. Nauchno-tekhnicheskaya konferenciya Sankt-Peterburgskogo NTO REHS im. A. S. Popova, posvyashchennaya Dnyu radio. 2022;1(77):294–298. (In Russ.).Результаты совершенствования Государственного первичного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1 / И. Б. Норец [и др.] // Альманах современной метрологии. 2022. № 3 (31). С. 8–21.Norets IB, Smirnov YuF, Glazov EY, Fedotov VN. Results of improvement of the state primary standard of units of time, frequency and the national time scale GET 1. Al’manac of Modern Metrology. 2022;3(31):8–21. (In Russ.).Эталонные комплексы ВНИИМ для метрологического обеспечения магнитных измерений геомагнитного и гипогеомагнитного диапазонов. Текущее состояние и перспективы развития / Д. И. Беляков [и др.] // Магнитные измерения: новые разработки и их метрологическое обеспечение : Тезисы докладов I Всероссийского симпозиума, Санкт-Петербург, 25–26 февраля 2025 г. / ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева». Санкт-Петербург : ВНИИМ им. Д. И. Менделеева, 2025. С. 10–11.Belyakov DI, Khasiev IS, Krivcov EP, Shilov AE, Voronov SL. VNIIM reference complexes for metrological support of magnetic measurements in the geomagnetic and hypogeomagnetic ranges. Current state and development prospects. In: Magnetic Measurements: New Developments and Their Metrological Support: Abstracts of the I All-Russian Symposium, 25–26 February 2025, St. Petersburg, Russia. St. Petersburg: D. I. Mendeleyev Institute for Metrology; 2025. P. 10–11. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.