走进基准故事：直流电压作证基准装置

NIMTT

走进基准故事

国家计量基准战略备份基地

三线建设时期，中国测试技术研究院作为保存备用国家基准、标准和开展尖端测试技术研究的第二基地，始建于大邑县鹤鸣山。

建院以来，共建立和保存了涉及几何量（长度）、热工（温度）、力学、电磁、无线电、时间与频率、光学、化学、声学、电离辐射等十大计量领域的国家基准、副基准36项，占全国现有总数的1/5，是国家量值传递和溯源体系的重要组成部分。

直流电压作证基准装置

直流电压作证基准作为自然基准（量子基准），是1993年由高洁院士牵头，与中国计量科学研究院合作研究的成果。

中国工程院院士、国际计量委员会前委员、中国测试技术研究院名誉院长、《中国测试》总编

高洁院士

直流电压作证基准装置

高洁院士带领项目组建立了2套相同体系的电压基准装置，一套由中国计量科学研究院保存确定为直流电压国家基准，而一套由我院保存确定为直流电压作证基准，用于核对“国家基准”的变化和“国家基准”一旦发生变化时，替代其对全国进行量值传递。

组成部分

电压基准装置包括四个部分，分别是：微波部分、低温部分、精密电压测量部分及软件部分（数据处理部分）。

建立背景

计量学发展至今，实现和保存国际单位制单位量值的方法有3种，即实物基准、绝对测量和基本物理常数。当前国际计量体系正在经历历史性变革，国际单位制将以自然界基本物理常数为基础重新定义计量单位，计量基准将迎来量子化时代。在电磁计量领域，约瑟夫森标准是与自然常数2e/h相联系的量子电压标准。

中国测试技术研究院在1985年首先完成了10mV（两结串联）的约瑟夫森电压标准，之后即转向对1V结阵列电压标准的研究，取得了一些初步的实验数据，1993年又与中国计量科学研究院合作建立了1V结阵列的电压标准装置。

《JJG2087-1990 直流电动势计量器具检定系统》明确了约瑟夫森电压基准装置在计量体系中源头地位。

服务领域

航空航天、军事工业、装备制造、精密加工等领域的精密电压测量。

装置亮点

约瑟夫森直流电压作证基准每年定期向直流电动势比较基准进行量值传递，以保证西南地区的直流电压量传体系。

该装置一直保存于中国测试技术研究院实验基地防震、抗辐射、恒温、恒湿的山洞实验室。超导结阵本身的自然特性极易损坏，但因山洞得天独厚的自然优势，直流电压作证基准已经平稳工作了超过30年。可以随时为国家的直流电压量值传递保驾护航。2023年，我院直流电压作证准装置参加“直流电压国家计量比对项目”，比对结果等效、一致。

量值传递与溯源

直流电压作证基准作为自然基准（量子基准），是1993年由中国工程院院士、前国际计量委员会委员、中国测试技术研究院名誉院长高洁院士牵头，与中国计量科学研究院合作研究的成果。

研发计划

量子化电压基准对于我国工业和科技的发展尤为重要，我院对量子化电压基准的前沿技术进行了深入分析和研究，包括量子化交直流电压基准前沿技术、结阵制造前沿技术，以及无液氦、便携式量子化电压基准技术的发展趋势等。

随着可编程的约瑟夫森超导结阵的应用，直流超导电压逐步向交流超导电压方向发展，我国正在研究制定交流超导电压基准，量子功率基准也在此基础上发展成型。

服务案例

直流电压作证基准在电学和高精度电压计量中起着至关重要的作用，上至飞机、航天器上的各类航电设备，下至工程师人手一台的万用表，都直接或间接与电压基准联系在一起。所以电压基准的正常运行，具有非凡的社会效益。

同时，该基准根据约瑟夫森量子理论建立，解决了电压单位的长期稳定和统一全世界电压单位的根本问题。

在中国高铁、国产大飞机等高精尖技术领域，提供精准计量的科学保证。

在国防、核动力工业机载电子系统领域，保障直流电压数据安全可靠。

直流电压作证基准中应用的振荡频率达85GHz，输出频率稳定在1Hz～2Hz，频率高度稳定性对我国的航天领域有着重要的技术支持。

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