量子电阻标准器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种量子电阻标准器，该量子电阻标准器包括：超导螺线圈及设置在所述超导螺线圈内的量子霍尔电阻芯片，当所述超导螺线圈通电时，所述量子霍尔电阻芯片处于磁场内；导热机构，所述导热机构的一端连接于所述量子霍尔电阻芯片；金属外壳，所述金属外壳扣设在所述超导螺线圈及所述导热机构上，所述导热机构的另一端伸出所述金属外壳。该量子电阻标准器体积较小、使用方便、容易达到工作要求的，利于推广和应用。

Quantum Resistance Standardizer

【技术实现步骤摘要】
量子电阻标准器
本技术属于精密电学测量领域，更具体地，涉及一种量子电阻标准器。
技术介绍
根据国际计量委员会CIPM的建议，从1990年1月1日开始，在世界范围内启用直流量子化霍尔电阻基准，开启了电磁计量量子化的时代，电阻单位复现不再依赖实物电阻，而是由量子化霍尔电阻复现，其准确度提升了2～3个数量级，并且不用再担心实物电阻漂移、受损及国际一致性。我国于2003年建成量子化霍尔电阻标准装置，其标准不确定度达到2.4×10-10。然而复现量子霍尔电阻对环境要求极为苛刻，量子电阻需要在极低温和强磁场下复现，当前国际上均采用商用超导磁体+样品探杆+量子霍尔电阻芯片的传统方式，为量子电阻复现提供低温和强磁场环境，其体积庞大(绝大多数国家电阻基准实验室为其单独提供一个房间)，操作异常复杂(同时涉及降温、励磁、样品探杆操作)，对人员操作技术要求高，操作时间甚至长达几天，因此量子电阻出现近40年来，也只有国家级及大区级实验室有能力及条件启用并维护量子霍尔电阻自然基准装置，再通过实物电阻经多级链条传递向用户，传递到用户时不确定度最高仅为10-7量级，严重影响电阻单位高准确度传递和使用。综上，量子霍尔电阻量值复现装置的复杂度、人员要求和工作效率严重限制了其大范围推广和应用，量子电阻基准仍然维持在“高高在上”的位置，并没有进一步走向用户，融入生产生活的方方面面。因此有必要研发一种体积较小、使用方便、容易达到工作要求的，利于推广和应用的量子电阻标准器。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种量子电阻标准器，该量子电阻标准器体积较小、使用方便、容易达到工作要求的，利于推广和应用。为了实现上述目的，本技术提供一种量子电阻标准器，其特征在于，该量子电阻标准器包括：超导螺线圈及设置在所述超导螺线圈内的量子霍尔电阻芯片，当所述超导螺线圈通电时，所述量子霍尔电阻芯片处于磁场内；导热机构，所述导热机构的一端连接于所述量子霍尔电阻芯片；金属外壳，所述金属外壳扣设在所述超导螺线圈及所述导热机构上，所述导热机构的另一端伸出所述金属外壳。优选地，所述超导螺线圈包括中空管状的导热骨架以及缠绕在所述导热骨架外侧的超导线，所述量子霍尔电阻芯片设置在所述导热骨架内侧，当所述超导线通电时，所述导热骨架内能够产生磁场。优选地，还包括电流端子及超导开关端子，所述电流端子设置在所述超导线的两端，所述电流端子的一端伸出所述金属外壳，所述超导开关端子另一端连接于所述超导线，能够控制所述超导线的超导断开与闭合。优选地，所述金属外壳为圆柱形，所述导热机构设置在所述金属外壳内，一端经由所述金属外壳底部伸出，所述电流端子及超导开关端子设置在所述金属外壳顶部。优选地，还包括芯片承载机构，所述芯片承载机构设置在所述导热机构的一端，所述量子霍尔电阻芯片电性连接于所述芯片承载机构。优选地，还包括引线端子及引线，所述引线一端电性连接于所述芯片承载机构，另一端电性连接于伸出所述金属外壳的引线端子。优选地，所述芯片承载机构由导热良好的无磁性材料制成，所述芯片承载机构上设置有多个电气连接点。优选地，所述量子霍尔电阻芯片为单个器件或阵列器件，所述量子霍尔电阻芯片电性连接于所述电气连接点。优选地，所述金属外壳为圆柱形，所述圆柱形的直径不大于10cm。优选地，还包括制冷单元，所述制冷单元能够通过所述导热机构为量子电阻标准器制冷。本技术的有益效果在于：1)通过超导螺线圈及量子霍尔电阻芯片的设置，将现有量子电阻超导磁体、芯片及探杆于一体，体积与标准电阻器相当，不仅可以复现量子电阻基准值12906.4035Ω(该值将于2019年新SI单位制启用后略有变化)，还可根据量子霍尔阵列组合芯片复现相应十进电阻值及定制任意电阻值。本申请的实施将推动电磁计量领域量子电阻量值扁平化传递的推广和应用，产生重要的社会经济效益。2)本申请通过金属外壳将导热机构及超导螺线圈整体包裹，形成机械保护及金属屏蔽。通过导热机构的设置，可将本申请的量子电阻标准器置于低温环境，通过导热机构传导低温或直接浸泡在液氦里，使量子霍尔电阻芯片及超导线圈能够处于低温状态。使产品集成化，无需复杂实验室条件，利于量子电阻标准器的推广与应用。本技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。附图说明通过结合附图对本技术示例性实施方式进行更详细的描述，本技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1示出了根据本技术的一个实施例的量子电阻标准器的示意性结构图。图2示出了根据本技术的一个实施例的量子电阻标准器的量子霍尔电阻芯片安装位置示意性结构图。附图标记说明1、导热机构；2、量子霍尔电阻芯片；3、金属外壳；4、导热骨架；5、电流端子；6、超导线；7、超导开关端子；8、芯片承载机构；9、引线端子。具体实施方式下面将更详细地描述本技术的优选实施方式。虽然以下描述了本技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本技术更加透彻和完整，并且能够将本技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。本技术提供了一种量子电阻标准器，该量子电阻标准器包括：超导螺线圈及设置在所述超导螺线圈内的量子霍尔电阻芯片，当所述超导螺线圈通电时，所述量子霍尔电阻芯片处于磁场内；导热机构，所述导热机构的一端连接于所述量子霍尔电阻芯片；金属外壳，所述金属外壳扣设在所述超导螺线圈及所述导热机构上，所述导热机构的另一端伸出所述金属外壳。具体地，使用时可以将本申请导热机构伸出金属壳体一端设置在低温环境或制冷机输出端内，通过导热机构传输低温，使量子霍尔电阻芯片处于低温状态，通过供电单元为超导螺线圈施加电流，使超导螺线圈内产生磁场，使量子霍尔电阻芯片处于磁场内，实现高质量复现量子电阻值。具体地，本申请通过超导螺线圈的设置将量子霍尔电阻芯片与超导螺线圈一体化，通过将金属外壳套设在导热机构及超导螺线圈上，使本申请的量子电阻标准器便于携带。携带本申请的量子电阻标准器，无需构建条件复杂、占地面积大的实验室，仅需要将本申请的量子电阻标准器放置在低温条件同时在超导螺线圈施加相应电流即可实现高质量复现量子电阻值。降低了实验室要求与操作难度，利于量子电阻标准器的推广、应用。更优选地，量子霍尔电阻芯片为石墨烯量子电阻芯片。具体地，传统量子霍尔电阻芯片采用GaAs-AlxGa1-xAs材料，该材料对磁场和温度要求很高，石墨烯量子电阻芯片可以在较高磁场(大于3T)，较高温度(4K及以上)条件下高质量复现量子电阻值。具体地，本申请的量子电阻标准器，在第2量子平台处能够获得最准确的量子化霍尔电阻值。所述第2量子平台所需磁感应强度不高于6T，工作温度不低于4K。所述量子霍尔电阻芯片的单个器件在所述第2量子平台的阻值为12906.4035Ω(该值将于2019年新SI单位制启用后略有变化)。作为优选方案，所述超导螺线圈包括中空管状的导热骨架以及缠绕在所述导热骨架外侧的超导线，所述量子霍尔电阻芯片设置在所述导热骨架内侧，当所述超导线通电时，所述导热骨架内能够产生磁场。作为优选方案，还包括电流端子及超导开关端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子电阻标准器，其特征在于，该量子电阻标准器包括：超导螺线圈及设置在所述超导螺线圈内的量子霍尔电阻芯片，当所述超导螺线圈通电时，所述量子霍尔电阻芯片处于磁场内；导热机构，所述导热机构的一端连接于所述量子霍尔电阻芯片；金属外壳，所述金属外壳扣设在所述超导螺线圈及所述导热机构上，所述导热机构的另一端伸出所述金属外壳。

【技术特征摘要】
1.一种量子电阻标准器，其特征在于，该量子电阻标准器包括：超导螺线圈及设置在所述超导螺线圈内的量子霍尔电阻芯片，当所述超导螺线圈通电时，所述量子霍尔电阻芯片处于磁场内；导热机构，所述导热机构的一端连接于所述量子霍尔电阻芯片；金属外壳，所述金属外壳扣设在所述超导螺线圈及所述导热机构上，所述导热机构的另一端伸出所述金属外壳。2.根据权利要求1所述的量子电阻标准器，其特征在于，所述超导螺线圈包括中空管状的导热骨架以及缠绕在所述导热骨架外侧的超导线，所述量子霍尔电阻芯片设置在所述导热骨架内侧，当所述超导线通电时，所述导热骨架内能够产生磁场。3.根据权利要求2所述的量子电阻标准器，其特征在于，还包括电流端子及超导开关端子，所述电流端子设置在所述超导线的两端，所述电流端子的一端伸出所述金属外壳，所述超导开关端子另一端连接于所述超导线，能够控制所述超导线的超导断开与闭合。4.根据权利要求3所述的量子电阻标准器，其特征在于，所述金属外壳为圆柱形，所述导热机构设置在所述金属外壳内，一端经由所述金...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁云峰，赵建亭，贺青，戴银明，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京,11