SI-2019 і перспективи підвищення точності електричних вимірювань

Анотація

Зростання вимог до точності та достовірності вимірювань призвело до необхідності переглянути існуючу Міжнародну систему одиниць (SI). Важливим елементом реформи SI-2019 є “встановлення основних одиниць SI через сім визначальних констант, числові значення яких фіксовані”.

Підхід до встановлення одиниць величин докорінно змінився. У SI-2019 одиниці визначаються в неявному вигляді шляхом фіксації точних числових значень основних констант. Одиниці величин реалізуються на основі фізичних законів, які включають до себе ці основні константи.

У галузі електричних вимірювань значного збільшення точності відтворення електричної напруги та електричного опору вдалося досягнути після відкриття у ХХ сторіччі квантових ефектів Джозефсона та Холла, але при цьому відбувся розрив між методиками реалізації електричних одиниць і теоретичним визначенням основної електричної одиниці SI – ампера через механічні величини.

Наразі в новій системі SI-2019 цей розрив ліквідовано – всі електричні одиниці визначаються через фундаментальні сталі. Показано, що реалізація ампера в принципі можлива із застосуванням квантового ефекту одноелектронного тунелювання, але поки не набула широкого впровадження через малі значення відтворюваного електричного струму.

У статті аналізуються зміни в SI-2019, пов’язані з електричними вимірюваннями, а також обговорюються перспективи розвитку точних електричних вимірювань.

Значні зусилля в науковій сфері докладаються для доказів сумісності одиниць вольта, ома та ампера, які реалізуються квантовими еталонами, шляхом перевірки замикання так званого метрологічного трикутника.

Науковий та технологічний прогрес у реалізації квантових ефектів дозволяє розповсюдити переваги квантових еталонів на сферу вимірювань на змінному струмі. Також спостерігається значний прогрес у підвищенні робочих температур вище 10–70 К при реалізації квантових ефектів завдяки застосуванню нових матеріалів, таких як графен тощо.