【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及交直流差可计算电阻，特别是一种模拟交流量子电阻的交直流差可计算电阻。
技术介绍
1、2019年国际单位制(si)改革，七个基本单位将全部采用物理常数定义，计量单位的定义和溯源进入到常数化和量子化时代。图1是量子化霍尔效应示意图。量子化霍尔效应实现了直流电阻单位由基本物理常数定义，如图1所示，量子平台处的电阻rh＝h/ie2,将直流电阻溯源到普朗克常数h和电子电荷量e，不确定度可达10-9量级。交流量子化霍尔效应即把量子化霍尔样品通以交流电流得到交流电阻的量值，再用电桥法传递到交流电阻、电容和电感,可将阻抗单位溯源到基本物理常数。
2、四端对交流量子电阻传递电桥符合阻抗的定义，通过瓦格纳支路、开尔文支路、源组合网络和微差注入网络等技术大幅减小测量环节引入的不确定度，可实现10-8量级交流量子电阻的传递，如图2所示，图2是交流量子电阻传递电桥结构示意图。
3、交流量子电阻最初是在常规量子化霍尔电阻样品上通入交流实现的，因分布参数的影响，其量子平台呈抛物线状，中心磁场处的阻值随频率线性增大，测量不确定度较大，高准确度交流量子电阻样品的研制仍是国际难题。受交流量子电阻样品的限制，无法在工作状态下校验四端对交流量子电阻传递电桥。图3是常规样品上交流量子化霍尔效应的频率特性示意图。如图3所示，交流量子电阻呈三维马鞍形变化，分布参数随频率f变化。
4、图4是交流量子化霍尔电阻样品的屏蔽结构示意图。交直流差可计算电阻具有规则的几何形状，是经典的交流电阻基准，分为同轴型、四回线型和八回线型，其中寄
5、图5是八回线型交直流差可计算电阻结构示意图。常规的交直流差可计算电阻的阻值为1kω或100ω，但量子电阻的常用阻值为12906.4037ω。由于当前电阻丝最大的电阻率大致为3.8kω/m,为增加交直流差可计算电阻的阻值，延长电阻丝长度是常规方法.因计算电阻体积有限，因此必须采用回线形式，目前英国npl采用8回线型实现了10000ω交直流差可计算电阻,如图5所示。
6、图6是展开的八级子型可计算电阻结构示意图。八回线型交直流差可计算电阻的计算难度很大，为了得到八级子型可计算电阻的四端对导纳，必须先计算出低电流输出端的电流iout和高电位输入端的电压vin。为此，以电阻一端作为零点x＝0，以电阻丝折叠处作为x＝λ建立坐标系，展开的八级子型可计算电阻，如图6所示。
7、根据传统的均衡传输线的方法可以得到，每一段平行的电阻丝中沿无限小微元x的电流和电压的变化，即其中m＝1,2,3,4,5,6,7,8。然后重新定义一组变量，
8、i1＝i1-i2+i3-i4+i5-i6+i7-i8，i2＝i1+i2+i3+i4+i5+i6+i7+i8
9、i3＝i1-i2-i3+i4+i5-i6-i7+i8，i4＝i1+i2-i3-i4+i5+i6-i7-i8
10、i5＝i1-i2+i3-i4-i5+i6-i7+i8，i6＝i1+i2+i3+i4-i5-i6-i7-i8
11、i7＝i1+i2-i3-i4-i5-i6+i7+i8，i8＝i1-i2-i3+i4-i5+i6+i7-i8
12、根据这八个等式可以得到i8与新变量之间的关系。同理，也重新定义一组新变量即可得到v1，v8与新变量之间的关系。利用边界条件(v1)x＝0＝vin，(v8)x＝0＝0，而iout＝(i8)x＝0，再与前面的式子相结合即可得到可计算电阻的四端对导纳
13、gp＝re(y4tp)＝re(iout/vin)
14、由此可以得到并联等效电阻、电阻时间常数以及串联等效电阻的计算公式。利用八回线型可计算电阻的几何尺寸，使用grove公式，可以计算出其寄生电感的值，然后根据电容系数的方法估计出寄生电容的值。计算出的寄生电感为5.97μh和寄生电容值12.1pf。
15、国际单位制的变革，计量单位溯源至基本物理常数是大势所趋，阻抗单位未来若干年将在世界范围实现量子化溯源，少数欧洲国家级实验室已经部分实现，我国在交流量子电阻样品的研制方面还在初始阶段，但我国在交流量子电阻传递电桥的研制方面位居国际前列。针对交流量子电阻样品研制尚需时日的问题，提出研制等效交流量子电阻的交直流差可计算电阻。但现有接近量子电阻阻值的交直流差可计算电阻需很长的电阻丝，其结构复杂，寄生电感和寄生电容与电阻丝的长度成正比，电磁场计算困难极大，使该电阻的交直流差增大，稳定性也较差。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种模拟交流量子电阻的交直流差可计算电阻，有利于解决高阻值交直流差可计算电阻结构复杂、计算困难的问题，能够用于在工作状态下校验四端对量子电阻传递电桥的不确定度，也可用于验证交流量子霍尔效应，实现传统经典方法与前沿技术的互证。
2、本专利技术技术解决方案如下：
3、一种模拟交流量子电阻的交直流差可计算电阻，其特征在于，包括紫铜金属圆筒，在所述紫铜金属圆筒的中段腔轴线中心设置有小尺寸电阻，所述小尺寸电阻的阻值为12906ω，12906ω为量子电阻的常用阻值12906.4037ω的整数部，所述小尺寸电阻的时间常数≤2ns，所述小尺寸电阻的轴向长度是所述中段腔长度的0.5％～1.5％，所述小尺寸电阻的左端面连接有沿中段腔轴线向左延伸的左端铜丝，所述左端铜丝穿越中段腔左端环氧树脂覆铜板后在所述紫铜金属圆筒的左段腔内形成第一左端连接头和第二左端连接头，所述小尺寸电阻的右端面连接有沿中段腔轴线向右延伸的右端铜丝，所述右端铜丝穿越中段腔右端环氧树脂覆铜板后在所述紫铜金属圆筒的右段腔内形成第一右端连接头和第二右端连接头。
4、所述小尺寸电阻为贴片电阻。
5、所述小尺寸电阻为金属膜电阻。
6、所述紫铜金属圆筒的中段腔长度为240mm～280mm，左段腔长度为20mm～30mm，右段腔长度为20mm～30mm，环氧树脂覆铜板的厚度为1.5mm～2mm，所述第一左端连接头距离所述中段腔左端环氧树脂覆铜板的左表面13mm～16mm，所述第二左端连接头距离所述中段腔左端环氧树脂覆铜板的左表面8mm～11mm，所述第一右端连接头距离所述中段腔右端环氧树脂覆铜板的右表面13mm～16mm，所述第二右端连接头距离所述中段腔右端环氧树脂覆铜板的右表面8mm～11mm。
7、所述第一左端连接头通过引线连接左段腔圆筒外周面的高电流端，所述第二左端连接头通过引线连接左段腔圆筒外周面的高电位端，所述第一右端连接头通过引线连接右段腔圆筒外周面的低电流端，所述第二右端连接头通过引线连本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟交流量子电阻的交直流差可计算电阻，其特征在于，包括紫铜金属圆筒，在所述紫铜金属圆筒的中段腔轴线中心设置有小尺寸电阻，所述小尺寸电阻的阻值为12906Ω，12906Ω为量子电阻的常用阻值12906.4037Ω的整数部，所述小尺寸电阻的时间常数≤2ns，所述小尺寸电阻的轴向长度是所述中段腔长度的0.5％～1.5％，所述小尺寸电阻的左端面连接有沿中段腔轴线向左延伸的左端铜丝，所述左端铜丝穿越中段腔左端环氧树脂覆铜板后在所述紫铜金属圆筒的左段腔内形成第一左端连接头和第二左端连接头，所述小尺寸电阻的右端面连接有沿中段腔轴线向右延伸的右端铜丝，所述右端铜丝穿越中段腔右端环氧树脂覆铜板后在所述紫铜金属圆筒的右段腔内形成第一右端连接头和第二右端连接头。
2.根据权利要求1所述的模拟交流量子电阻的交直流差可计算电阻，其特征在于，所述小尺寸电阻为贴片电阻。
3.根据权利要求1所述的模拟交流量子电阻的交直流差可计算电阻，其特征在于，所述小尺寸电阻为金属膜电阻。
4.根据权利要求1所述的模拟交流量子电阻的交直流差可计算电阻，其特征在于，所述紫铜金属圆筒的中
5.根据权利要求1所述的模拟交流量子电阻的交直流差可计算电阻，其特征在于，所述第一左端连接头通过引线连接左段腔圆筒外周面的高电流端，所述第二左端连接头通过引线连接左段腔圆筒外周面的高电位端，所述第一右端连接头通过引线连接右段腔圆筒外周面的低电流端，所述第二右端连接头通过引线连接右段腔圆筒外周面的低电位端，所述高电流端和高电位端相互垂直，所述低电流端和低电位端相互垂直。
6.根据权利要求1所述的模拟交流量子电阻的交直流差可计算电阻，其特征在于，所述紫铜金属圆筒的外径为37mm～47mm，内径为35mm～45mm，长度为290mm～350mm。
7.根据权利要求1所述的模拟交流量子电阻的交直流差可计算电阻，其特征在于，高电流端、高电位端、低电流端和低电位端均采用BNC同轴电缆连接接头。
8.根据权利要求1所述的模拟交流量子电阻的交直流差可计算电阻，其特征在于，所述第二左端连接头与所述第二右端连接头之间的铜丝与所述紫铜金属圆筒之间形成可计算的分布电感或寄生电感，以及形成可计算的分布电容或寄生电容。
9.根据权利要求8所述的模拟交流量子电阻的交直流差可计算电阻，其特征在于，所述寄生电感为400nH～600nH，所述寄生电容为1.9pF～3.9pF。
...【技术特征摘要】
1.一种模拟交流量子电阻的交直流差可计算电阻，其特征在于，包括紫铜金属圆筒，在所述紫铜金属圆筒的中段腔轴线中心设置有小尺寸电阻，所述小尺寸电阻的阻值为12906ω，12906ω为量子电阻的常用阻值12906.4037ω的整数部，所述小尺寸电阻的时间常数≤2ns，所述小尺寸电阻的轴向长度是所述中段腔长度的0.5％～1.5％，所述小尺寸电阻的左端面连接有沿中段腔轴线向左延伸的左端铜丝，所述左端铜丝穿越中段腔左端环氧树脂覆铜板后在所述紫铜金属圆筒的左段腔内形成第一左端连接头和第二左端连接头，所述小尺寸电阻的右端面连接有沿中段腔轴线向右延伸的右端铜丝，所述右端铜丝穿越中段腔右端环氧树脂覆铜板后在所述紫铜金属圆筒的右段腔内形成第一右端连接头和第二右端连接头。
2.根据权利要求1所述的模拟交流量子电阻的交直流差可计算电阻，其特征在于，所述小尺寸电阻为贴片电阻。
3.根据权利要求1所述的模拟交流量子电阻的交直流差可计算电阻，其特征在于，所述小尺寸电阻为金属膜电阻。
4.根据权利要求1所述的模拟交流量子电阻的交直流差可计算电阻，其特征在于，所述紫铜金属圆筒的中段腔长度为240mm～280mm，左段腔长度为20mm～30mm，右段腔长度为20mm～30mm，环氧树脂覆铜板的厚度为1.5mm～2mm，所述第一左端连接头距离所述中段腔左端环氧树脂覆铜板的左表面13mm～16mm，所述第二左端连接头距离所述中段腔左端环氧树脂覆铜板的左表面8mm～1...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓钉，王忠伟，佟亚珍，蔡建臻，
申请(专利权)人：北京东方计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：
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