在过去十年中,基于约瑟夫森效应的交流波形计量学研究活动非常活跃,旨在开发交流量子标准。这项研究预计将持续数年,扩展和改进已建立的标准并开发新的应用。基于热转换器的已建立交流电压标准通过电阻元件中散发的热量将交流值与直流值联系起来。它们的主要局限性在于它们仅提供 RMS 值,而数字仪器需要具有复杂幅度和相位信息的采样测量可追溯性。除了交流测量能力的提高外,量子效应在重新定义 SI 电气单位方面发挥着根本性作用,使它们能够直接实现。相关技术目前仅适用于少数欧洲 NMI。
约瑟夫森效应彻底改变了电压计量学 [ 1 – 5 ],它与用于测量电阻的量子霍尔效应以及用于测量时间和频率的原子钟一起,使得基于量子效应的测量标准成为可能。量子标准 7 产生的值本质上是准确的,因此可以使用可比较的设备、系统和测量技术在任何位置进行可重复的精密测量 8。量子标准本质上不同于非量子的“人工”标准 10,后者的值取决于环境条件。量子标准 11 的成功促使国际社会重新定义国际单位制,并 12 重新定义如何通过基本常数分配测量不确定度。[ 6 – 8 ] 在本章中,我将讨论直流和交流量子电压 14 标准的特性和特点、电压标准系统的设备、电路和仪器 15 的最新技术,以及它们目前如何应用于电压和 16 温度计量学。自始至终,我将指出如何采用适当的测量技术来最大限度地减少系统误差并实现接近量子精度的测量。
皇后镇湖区(昆士兰州或地区)面临挑战,其能力,弹性和负担能力向该地区供应。MBIE的咨询文件指出,采用230V +10%/-6%是“减轻低压网络上潜在限制的成本最低的选择” 2。QLDC非常支持任何标准变化,以减轻以最低成本方式使用分布式生成的限制。由于Aurora的定制价格路径(CPP),昆士兰州的网络费用已经显着增加,并且尚未完全理解其最近对CPP重新开放的应用的含义。QLDC支持任何法规的变化,避免了该地区居民和企业的上流压力,而不会损害供应的安全性和可靠性。MBIE已标志着更新电压标准可能需要对其他标准3的相关更新3。QLDC鼓励MBIE迅速采取行动,以确保整体标准保持清晰,一致和合身。
2cm 10 V 约瑟夫森电压标准芯片。光刻技术和材料的持续改进提高了这些具有大量结点的电路的产量 [11]。例如,IBM 的约瑟夫森计算机项目导致了结氧化物屏障和 PbInAu 超导电极的改进 [12]。由于 Pb 合金结会随着热循环而发生变化,因此人们开始努力开发一种全耐火结工艺,使用铌作为结电极和布线。然而,事实证明氧化铌是一种较差的结屏障,只能产生中等质量的结。下一个重大改进发生在贝尔实验室的 Gurvitch 等人 [13] 发现热生长的氧化铝屏障非常稳定时,从而产生了第一个具有出色均匀性的高质量约瑟夫森结。多年来,这种全耐火
本书的读者在阅读计量学这一章时已经开始发现,超导电子学最广泛的应用涉及电磁现象的测量。与用于测量的大多数其他现象不同,超导性对于电气标准也是必不可少的。由于它是一种量子现象,它可以用基本常数表示电压,精度高达 10 19 分之几。在某些方面,基于约瑟夫森结阵列的超导电压标准是超导性最成功的应用,考虑到结的数量及其在世界范围内的使用。虽然它们在概念上很简单,但它们的底层技术花了近 50 年的时间才从不可靠的单个结发展到坚固、复杂的三维集成电路,该集成电路具有 300,000 多个结,可产生高达 10 V 的精密交流电压。以下是它们的故事。正如本书其他章节所述,厘米大小的超导环可以承载
大约 50 年前,超导量子器件彻底改变了精确测量和电气计量,当时基于约瑟夫森效应的 SQUID 和量子电压标准被发明。最近在超导纳米线中发现的相干量子相移 (CQPS) 为量子信息处理和计量学中的约瑟夫森效应提供了一种替代方案。完全由超导材料制成的 CQPS 器件具有多种优势,例如制造步骤比约瑟夫森效应器件少、对较大电流的稳定性强、参数范围宽,并且似乎没有约瑟夫森器件绝缘隧道势垒中存在的不良两级涨落器。预计单个 CQPS 器件可以产生比单电子泵高得多且可能更精确的量化电流,而单电子泵是目前最先进的量子电流标准。
摘要。在过去的 30 年里,计量实验室利用约瑟夫森效应的量子行为大大改进了电压计量。以下文章回顾了约瑟夫森电压标准研究和开发的历史和现状。具体来说,将详细解释具有量子精度的电压标准的技术和性能,以及它们对各种电气计量应用的影响,主要是直流和交流电压测量。将介绍约瑟夫森效应的物理原理,并讨论基于量子的电气标准的重要性。将详细解释传统约瑟夫森电压标准的运行及其在直流应用中的使用,包括对最重要的结果的描述。本文的后面部分描述了最近将约瑟夫森效应应用于交流电压和其他电气计量应用的努力。已经开发出先进的电压标准系统,可提供新功能,例如稳定、可编程的直流电压和量子精确的交流波形合成。本文将介绍这些系统的超导技术和集成电路设计。两种不同的系统大大提高了音频电压和电力计量的测量精度。
目录 I. 简介 II. ISO 规划标准 1. 可靠性标准对 ISO 运行控制下的非大型电力系统设施的适用性 2. 电压标准 3. 特定核电机组标准 4. 联合循环发电厂模块损失作为单台发电机停运 5. 规划新输电与非自愿负荷中断标准 6. 规划高密度城市负荷中心标准 7. 旧金山半岛极端事件可靠性标准 8. 其他规划标准 III. ISO 规划标准和补救行动方案 (RAS) 指南 IV. 联合循环发电厂模块损失作为单台发电机停运标准 支持信息 V. 规划新输电与非自愿负荷中断标准的背景 VI. 规划高密度城市负荷区域标准的背景 VII. NERC 可靠性标准和 WECC 区域标准术语解释
此外,在设施连接后,单个传输设施停止服务(B 类)时,还发现了热和电压标准违规。为了缓解潜在的 B 类系统性能问题,将使用现有的补救措施方案 (RAS) 175、178、174、修改后的计划 RAS 193 和 1037L/1038L 的计划 RAS。与现有 RAS 175、修改后的计划 RAS 193 和 1037L/1038L 的计划 RAS 相关的总兆瓦数超过了最严重单一意外事件 (MSSC) 限制。因此,在 A 类条件下,可能需要对分配给这些 RAS 的项目进行预应急削减,以防止在 B 类条件下发电损失超过 MSSC 限制。可能需要使用实时操作实践在正常条件下进行预应急发电削减,以防止 RAS 行动导致发电削减超过 MSSC 限制。需要预先削减的可能性取决于发电情况和运行条件。
A. 偏置电路设计 电源电压标准化为 12 VDC。通过正确设计偏置电阻,可实现所需的工作电压和电流 (Vce = 10Vdc 和 Ic =100mA DC)。在图 2 中,电阻 R1 和 R2 的值分别为 20 Ω 和 12.09K Ω。直流阻断电容器 (C2 和 C4) 确保没有任何直流电流从 RF 路径中的晶体管流出。C7 是一个滤波电容器,可将来自直流电源 (VCC) 的任何高频纹波接地。C2、C4 和 C7 的值分别为 10uF、10uF 和 18pF。RF 扼流圈 (L1 和 L2) 确保没有 RF 信号流入直流偏置电路。RF 扼流圈的设计应将我们的中心频率与直流偏置网络隔离开来。射频扼流圈的值通过以下公式计算:XL = 2πf( L ) (1) 根据此公式,射频扼流圈的值为 45nH;然而,在模拟过程中观察到,可以同时调整所有电抗元件以获得最大增益。