一種可編程量子電壓標準裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電壓標準裝置。更具體地，涉及一種可編程量子電壓標準裝置。
【背景技術】
[0002]可編程量子電壓標準裝置是直流電壓的自然基準，可作為最高標準對直流電壓參量進行量值傳遞，并在電學計量、航空航天以及武器系統的直流電壓高端測量方面有著廣泛的應用。可編程量子電壓標準裝置包括可編程約瑟夫森結、偏置電流源、數字電壓表、低溫測試探桿、低溫杜瓦、微波源、程控開關，其中可編程約瑟夫森結浸泡在低溫杜瓦中液氦的液面之下，其工作原理為當給約瑟夫森結上輻照適當的微波，并對其進行電流偏置時，約瑟夫森結上將產生量子化的電壓臺階，量子電壓具有高達10_9量級的準確度，從低溫下引出到常溫后，可作為最高標準進行直流電壓參量的量值傳遞。可編程量子電壓標準裝置輸出量子電壓從低溫下引出到常溫端，通過線纜連接到常溫精密儀器上實現高準確度的直流電壓參量測量，由于系統復雜，因此所用線纜較長。在通常的直流電壓測量中，由于測量等級不高，較長線纜引起的熱電勢漂移造成的誤差是可以忽略不計的，但是在10_9的量子電壓標準的測量中，熱電勢的影響就不可乎略了。普通線纜連接到數字電壓表上，引入的熱電勢可達到10_6，而且熱電勢并不是個穩定的分量，10_6量級的熱電勢疊加到量子電壓上，導致的誤差嚴重影響量子電壓的準確度。
[0003]因此，需要提供一種可編程量子電壓標準裝置。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種可編程量子電壓標準裝置。
[0005]為達到上述目的，本發明采用下述技術方案:
[0006]一種可編程量子電壓標準裝置，該裝置包括:可編程約瑟夫森結、偏置電流源、微波源、低溫測試探桿、程控開關、數字電壓表、低溫杜瓦容器、以及低熱電勢線纜；
[0007]微波源通過低溫測試探桿向可編程約瑟夫森結發送微波；
[0008]偏置電流源通過低溫測試探桿向可編程約瑟夫森結發送偏置電流；
[0009]可編程約瑟夫森置于低溫杜瓦容器中液氦的液面之下，根據微波和偏置電流在低溫環境中產生量子化的電壓臺階，并將電壓臺階發送至低溫測試探桿；
[0010]低溫測試探桿將所述電壓臺階在常溫環境中通過低熱電勢線纜發送至程控開關;
[0011 ] 程控開關將電壓臺階在常溫環境中通過低熱電勢線纜發送至數字電壓表，并由數字電壓表測試電壓臺階。
[0012]優選地，低熱電勢線纜中的金屬傳輸線芯采用純銅或純銀材料制成且其直徑大于0.7mm0
[0013]優選地，低熱電勢線纜中的金屬傳輸線芯外套第一保護層，所述第一保護層采用聚四氟乙烯材料制成。
[0014]優選地，第一保護層外套屏蔽層，所述屏蔽層采用編織銅網制成。
[0015]優選地，屏蔽層外套第二保護層，所述第二保護層采用與第一保護層相同的材料制成。
[0016]優選地，第二保護層外套銅制套管，所述銅制套管采用純銅材料圓管，其內直徑為10mm至18mm，其厚度大于2mm。
[0017]優選地，銅制套管長度不小于金屬傳輸線芯長度的4/5。
[0018]本發明的有益效果如下:
[0019]本發明所述技術方案在可編程量子電壓基準裝置中采用低熱電勢線纜連接低溫測試探桿量子電壓輸出端到程控開關，以及程控開關到數字電壓表，通過嚴格地篩選低熱電勢線纜的金屬傳輸線芯和保護層的材料，以及對低熱電勢線纜采用銅質套管，使連接可編程量子電壓基準裝置中低溫測試探桿輸出端到程控開關的線纜，以及程控開關到數字電壓表的線纜引起的熱電勢誤差降到最小，最大限度的保證了可編程量子電壓基準裝置中量子電壓的準確傳輸。
【附圖說明】
[0020]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0021]圖1示出可編程量子電壓標準裝置結構圖。
[0022]圖2示出低熱電勢線纜結構圖。
【具體實施方式】
[0023]為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例和附圖對本發明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護范圍。
[0024]如圖1所示，本實施例提供的可編程量子電壓標準裝置，包括:可編程約瑟夫森結1、偏置電流源2、微波源3、低溫測試探桿4、程控開關5、數字電壓表6、低溫杜瓦容器7、以及低熱電勢線纜8 ;
[0025]微波源3通過低溫測試探桿4向可編程約瑟夫森結I發送微波；
[0026]偏置電流源2通過低溫測試探桿4向可編程約瑟夫森結I發送偏置電流；
[0027]可編程約瑟夫森I置于低溫杜瓦容器7中液氦的液面之下，根據微波和偏置電流在低溫環境中產生量子化的電壓臺階，并將電壓臺階發送至低溫測試探桿4 ;
[0028]低溫測試探桿4將電壓臺階在常溫環境中通過低熱電勢線纜8發送至程控開關5 ；
[0029]程控開關5將電壓臺階在常溫環境中通過低熱電勢線纜8發送至數字電壓表6，并由數字電壓表6測試所述電壓臺階。
[0030]采用低熱電勢線纜的可編程量子電壓標準裝置的連接方式為:
[0031]可編程約瑟夫森結I的微波輸入端連接低溫測試探桿4的微波輸出端法蘭盤，連接處用螺釘固定；
[0032]可編程約瑟夫森結I的偏置電流輸入端連接低溫測試探桿4的偏置電流輸出端，連接處采用低溫焊錫焊接；
[0033]可編程約瑟夫森結I的量子電壓輸出端連接低溫測試探桿4的量子電壓輸入端，連接處采用低溫焊錫焊接；
[0034]可編程約瑟夫森結I浸泡在低溫杜瓦容器7的液氦液面之下；
[0035]微波源3的微波輸出端法蘭連接低溫測試探桿4的微波輸入端法蘭，連接處采用螺釘固定；
[0036]偏置電流源2的偏置電流輸出端連接低溫測試探桿4的偏置電流輸入端，連接處采用偏置線纜連接；
[0037]低溫測試探桿4的量子電壓輸出端連接程控開關5的輸入端，連接線纜采用低熱電勢線纜。
[0038]接程控開關5的輸出端連接數字電壓表6的電壓輸入端，連接線纜采用和低溫測試探桿4的量子電壓輸出端連接程控開關5的輸入端的連接線相同的低熱電勢線纜。
[0039]如圖2所示，連接低溫測試探桿4的量子電壓輸出端和程控開關5輸入端的低熱電勢線纜，包括五層結構:金屬傳輸線芯9、第一保護層10、屏蔽層11、第二保護層12、銅制套管13 ；
[0040]金屬傳輸線芯9采用純銅或純銀材質，不同于普通線纜所用的銅合金材料，其直徑大于0.7mm。金屬傳輸線芯9的外部是第一保護層10，第一保護層10用來對金屬傳輸線芯9和屏蔽層11進行隔離，第一保護層10采用聚四氟乙烯材料。第一保護層10外部是屏蔽層11，屏蔽層11用來實現信號的屏蔽功能，采用編織銅網制成。第二保護層12在屏蔽層11外部，用于保護屏蔽層11，第二保護層12采用的材料與第一保護層10相同。第二保護層12外部是銅質套管13，銅質套管13長度不小于金屬傳輸線芯9長度的4/5，采用純銅材料圓管，內直徑1mm?18mm，厚度大于2mm。線纜最外部的銅質套管13質地較硬，不能彎折，因此根據線纜連接方向制作曲度或折角，實現線纜實際連接時的彎曲形狀。
[0041]綜上所述，本實施例提供的技術方案采用低熱電勢線纜連接低溫測試探桿量子電壓輸出端到程控開關，以及程控開關到數字電壓表，可以在測量過程中大大降低疊加熱電勢的影響，實現高準確度的直流電壓測量。
[0042]顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之列。
【主權項】
1.一種可編程量子電壓標準裝置，其特征在于，該裝置包括:可編程約瑟夫森結、偏置電流源、微波源、低溫測試探桿、程控開關、數字電壓表、低溫杜瓦容器、以及低熱電勢線纜; 微波源通過低溫測試探桿向可編程約瑟夫森結發送微波； 偏置電流源通過低溫測試探桿向可編程約瑟夫森結發送偏置電流； 可編程約瑟夫森置于低溫杜瓦容器中液氦的液面之下，根據所述微波和偏置電流在低溫環境中產生量子化的電壓臺階，并將所述電壓臺階發送至低溫測試探桿； 低溫測試探桿將所述電壓臺階在常溫環境中通過低熱電勢線纜發送至程控開關； 程控開關將所述電壓臺階在常溫環境中通過低熱電勢線纜發送至數字電壓表，并由數字電壓表測試所述電壓臺階。
2.根據權利要求1所述的可編程量子電壓標準裝置，其特征在于，所述低熱電勢線纜中的金屬傳輸線芯采用純銅或純銀材料制成且其直徑大于0.7mm。
3.根據權利要求2所述的可編程量子電壓標準裝置，其特征在于，所述低熱電勢線纜中的金屬傳輸線芯外套第一保護層，所述第一保護層采用聚四氟乙烯材料制成。
4.根據權利要求3所述的可編程量子電壓標準裝置，其特征在于，所述第一保護層外套屏蔽層，所述屏蔽層采用編織銅網制成。
5.根據權利要求4所述的可編程量子電壓標準裝置，其特征在于，所述屏蔽層外套第二保護層，所述第二保護層采用與第一保護層相同的材料制成。
6.根據權利要求4所述的可編程量子電壓標準裝置，其特征在于，所述第二保護層外套銅制套管，所述銅制套管采用純銅材料圓管，其內直徑為1mm至18_，其厚度大于2_。
7.根據權利要求6所述的可編程量子電壓標準裝置，其特征在于，所述銅制套管長度不小于金屬傳輸線芯長度的4/5。
【專利摘要】本發明公開一種可編程量子電壓標準裝置，包括：微波源通過低溫測試探桿向可編程約瑟夫森結發送微波；偏置電流源通過低溫測試探桿向可編程約瑟夫森結發送偏置電流；可編程約瑟夫森置于低溫杜瓦容器中液氦的液面之下，根據微波和偏置電流在低溫環境中產生量子化的電壓臺階，并將電壓臺階發送至低溫測試探桿；低溫測試探桿將電壓臺階在常溫環境中通過低熱電勢線纜發送至程控開關；程控開關將電壓臺階在常溫環境中通過低熱電勢線纜發送至數字電壓表，并由數字電壓表測試所述電壓臺階。本發明所述技術方案通過在常溫環境中采用低熱電勢線纜，將熱電勢誤差降到最小，最大限度的保證了可編程量子電壓基準裝置中量子電壓的準確傳輸。
【IPC分類】G01R19-25
【公開號】CN104597315
【申請號】CN201410840849
【發明人】康焱
【申請人】北京無線電計量測試研究所
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月30日