ТРАНСПОРТИРУЕМЫЙ КОМПАКТНЫЙ ЭТАЛОН НАПРЯЖЕНИЯ НА ЭФФЕКТЕ ДЖОЗЕФСОНА

Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована для воспроизведения, хранения и передачи единицы постоянного напряжения во время сличения с удаленными стационарными эталонами.
Для поддержания единства измерений и для передачи размера воспроизводимого эталоном напряжение на месте эксплуатации, необходимо периодически сличать друг с другом стационарные эталоны напряжения различных организаций, в том числе и зарубежных. Для этого используют транспортируемые компактные эталоны напряжения, которые доставляются к месту сличения компетентными специалистами.
Известен компактный эталон напряжения на эффекте Джозефсона (Y.Gao, H.Li.A compact high-precision voltage standard based on programmable Josephson array. CPEM 2008, Digest, Broomfield, June 2008, p.364-365.),
Известный эталон содержит источник излучения миллиметровой мощности, криогенный зонд, джозефсоновские переходы которого подключены к системам контроля и измерения воспроизводимого постоянного напряжения.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата относятся большие габариты протяженного криогенного зонда.
Известен также транспортируемый компактный эталон напряжения на эффекте Джозефсона (Kupferman, S.L.; Hamilton, C.A.; Naujoks, G.; Vickery, A.A compact transportable Josephson voltage standard. Conference on Precision Electromagnetic Measurements, Digest, 1996, p.146-147), который по совокупности существенных признаков является наиболее близким аналогом заявляемого устройства.
Известное устройство содержит криогенный зонд с джозефсоновскими переходами в его нижней криогенной зоне корпуса, с СВЧ волноводом и с тремя электрическими разъемами на верхней части корпуса, источник излучения миллиметровой мощности, подключенный к волноводу через первый разъем, блок контроля характеристик и смещения по току джозефсоновских переходов и блок контроля и измерения воспроизводимого постоянного напряжения, подключенные соответственно через второй и третий разъемы и гибкий кабель к джозефсоновским переходам.
Длина криогенного зонда обусловлена необходимостью погружения его в дьюар с жидким гелием и конструктивным выполнением самого дьюара, имеющего длинную горловину.
Известный компактный эталон напряжения, в состав которого входит протяженный криогенный зонд, помещают в контейнер для защиты при его транспортировке к месту сличения в качестве багажа. Большие габариты контейнера затрудняют его транспортировку и повышают вероятность повреждения зонда.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относятся большие габариты протяженного криогенного зонда.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение удобства и надежности транспортировки эталона к месту сличения.
Технический результат, получаемый при осуществлении полезной модели, заключается в уменьшении габаритов криогенного зонда компактного эталона во время транспортировки эталона к месту сличения.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в заявляемом транспортируемом компактном эталоне напряжения на эффекте Джозефсона, содержащем криогенный зонд с джозефсоновскими переходами в его нижней криогенной зоне корпуса, с СВЧ волноводом и с тремя электрическими разъемами на верхней части корпуса, источник излучения миллиметровой мощности, подключенный к волноводу через первый разъем, блок контроля характеристик и смещения по току джозефсоновских переходов и блок контроля и измерения воспроизводимого постоянного напряжения, подключенные соответственно через второй и третий разъемы и гибкий кабель к джозефсоновским переходам, в отличие от известного эталона корпус криогенного зонда и СВЧ волновод выполнены каждый из двух разъемных частей с сопрягающим их контактным узлом, при этом гибкий кабель выполнен с измененяемым по длине S-образным участком, для обеспечения возможности разборки и сборки разъемных частей криогенного зонда.
На фиг.1 изображен криогенный зонд в разобранном состоянии, на фиг.2 - криогенный зонд в собранном состоянии, на фиг.3 - эталон напряжения в рабочем состоянии.
1
2
1
2
В заявляемом транспортируемом компактном эталоне напряжения на эффекте Джозефсона криогенный зонд 1 (фиг.1) содержит его разъемные части корпуса 1-1, СВЧ волновод 2 с его разъемными частями 2-2, джозефсоновские переходы 3, установленные в криогенной зоне 4 зонда 1, и установленные на верхней части 5 корпуса зонда 1 СВЧ разъем 6 и два электрических разъема 7 и 8. СВЧ волновод 2 подключен к разъему 6, а джозефсоновские переходы 3 подключены с помощью гибкого кабеля 9 к электрическим разъемам 7 и 8.
1
2
1
2
1
2
1
2
Криогенный зонд 1 с волноводом 2 содержит контактный узел 10 для сборки разъемных частей корпуса 1-1 зонда 1 и разъемных частей 2-2 ч волновода 2, соответственно - l c 1 и 2 c 2.
1
2
1
1
2
2
Гибкий кабель 9, соединяющий джозефсоновские переходы 3 с разъемами 7 и 8 (фиг.2), имеет запас по длине в виде изменяемого по длине S-образного участка 11, прикрепленного в точке 12 к штоку 13 с кольцом 14 для втягивания участка 15 кабеля 9 при сборке зонда 1 (фиг.2) из разобранного состояния (фиг.1). Кабель 9 имеет также точки крепления 16 и 17 соответственно в частях 1 и 1 корпуса 1 зонда для фиксации его электрических соединений при проведении перемещений частей 1-2 и 1-2 криогенного зонда.
К СВЧ разъему 6 (фиг.3) подключен источник излучения миллиметровой мощности 18. К электрическим разъемам 7 и 8 подключены соответственно блок 19 контроля характеристик и смещения по току джозефсоновских переходов и блок 20 контроля и измерения воспроизводимого постоянного напряжения.
При работе эталона криогенную зону 4 зонда 1 помещают в жидкий гелий 21, который находится в дьюаре 22 с узкой горловиной 23. Дьюар 22 и жидкий гелий 21 не подлежат перемещению вместе с эталоном и поставляются на месте сличения.
Устройство работает следующим образом.
1
1
2
2
При необходимости транспортировать эталон части 1-2 и 1-2 криогенного зонда 1, соединенные контактным узлом 10, отделяют друг от друга и перемещают на необходимое расстояние без разрыва соединяющего их гибкого кабеля 9. При этом длина ограниченного точками крепления 16 и 17 S-образного участка 11 гибкого кабеля 9 соответственно уменьшается. Одновременно перемещается и шток 13, прикрепленный в точке 12 к кабелю 9 на его S-образном участке 11.
Использование электрического разъема для кабеля исключено, т.к. его применение усложняет конструкцию зонда и неприемлемо ухудшает технические параметры эталона.
1
1
2
2
Части 1-2 и 1-2 зонда 1, соединенные участком 15 кабеля 9, укладывают в параллельно расположенные гнезда транспортного контейнера, длина которого уменьшена вдвое по сравнению с длиной контейнера для транспортировки известного криогенного зонда.
1
1
2
2
При сборке частей 1-2 и 1-2 криогенного зонда для предотвращения замятия кабеля 9 его участок 15 за точку крепления 12 на увеличивающемся по длине S-образном участке 11 втягивается за кольцо 14 и шток 13 в часть 11 криогенного зонда 1.
В рабочем состоянии криогенный зонд 1 своей криогенной зоной 4 с находящимися в ней джозефсоновскими переходами 3 погружают в дьюар 22 с жидким
гелием 21. охлаждая их до температуры 4.2 К. От источника излучения 18 сигнал в миллиметровом диапазоне волн с частотой F по волноводу 2 подается на джозефсоновские переходы 3.
С помощью тока смещения, подаваемого от блока 19 контроля характеристик и смещения по току, осуществляют выбор и контроль числа ступеней N на джозефсоновских переходах 3, формируя тем самым на выходе переходов 3 постоянное напряжение U в соответствии с уравнением Джозефсона:
U=F·N·h/2e,
где h - постоянная Планка,
е - заряд электрона.
Полученное на джозефсоновских переходах 3 напряжение U поступает на блок 20 контроля и измерения воспроизводимого постоянного напряжения, в качестве которого, как правило, выступает стационарный вторичный эталон напряжения, подвергаемый сравнению (сличению).
В рабочем состоянии длина криогенного зонда 1 составляет 140 см. Такая длина обусловлена необходимостью погружения его в дыоар 22 с жидким гелием 21 и конструктивным выполнением самого дьюара 22, имеющего длинную узкую горловину 23.
Экспериментальная проверка заявляемого транспортируемого компактного эталона напряжения на эффекте Джозефсона при воспроизведении напряжения на уровне 10 В показала, что предложенная конструкция криогенного зонда во время транспортировки позволяет уменьшить его габариты в два раза, что повышает удобство и надежность транспортировки эталона к месту сличения.
Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления заявляемой полезной модели, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.