Метод «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 12–2025

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.

1. Determination 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.

2. Развитие эталонной базы в области измерений магнитной индукции и магнитного потока / Д. И. Беляков [и др.] // Измерительная техника. 2017. № 12. С 28–31.

3. Средства измерений параметров магнитного поля / Ю. В. Афанасьев [и др.]. Ленинград : Энергия. Ленингр. отд-ние, 1979. 320 с.

4. 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.

5. 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.

6. Батраков А. М., Ильин И. В., Павленко А. В. Прецизионные цифровые интеграторы сигналов с точной синхронизацией // Автометрия. 2015. Т. 51, № 1. С. 62–69.

7. 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.

8. 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.

9. 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.