启用量子化霍尔电阻基准时国内直流电阻量值的修正

    1　概　述

    1987年第18届国际计量大会(CGPM)和1988年第77届国际计量委员会(CIPM)通过决议,将电学单位建立在约瑟夫森效应和量子化霍尔效应上,从1990年1月1日起,国际上同时启用量子化霍尔效应的冯·克里青常数的国际推荐值(R_K-90=h/e²=25812.807Ω)复现电阻单位和约瑟夫森效应的国际推荐值(K_J-90=2e/h=483 597.9 GHz/V)复现电压单位。当时,我国电阻基准采用的是线性拟合外推法[1],即首先根据1987年以前国家电阻基准4次参加国际计量局(BIPM)组织的国际比对的结果,采用加权线性拟合法,确定我国电阻单位Ω_NIM相对于BIPM电阻单位Ω_BIPM的漂移率(-0.080 6μΩ/a);再结合1987年10月20日我国电阻基准与BIPM电阻基准比对结果,以及用QHR监测的BIPM电阻单位的偏差,得到当时我国电阻单位Ω_NIM-87相对于QHR复现的电阻单位Ω的偏差(Ω_NIM-87=Ω-1.353μΩ)。从而获得我国电阻单位随时间漂移的拟合直线,即Ω_NIM-Ω=-1.353μΩ-Δt×0.080 6μΩ/a。外推到1990年1月1日,我国电阻单位Ω_NIM相对于QHR复现的电阻单位Ω的偏差应为-1.53μΩ,并进行了修正。1990年10月BIPM组织了一次1Ω和10 kΩ电阻国际比对结果表明[2],1990年的改值结果非常成功。

    受条件限制,1990年以来,我国一直采用实物电阻基准的方式保存和复现电阻单位。由于标准电阻器的阻值不可避免地存在随时间漂移的特性,长期积累将产生显著偏差,因此,自1990年开始,中国计量科学研究院的直流电阻副基准通过与国际上一些建立了QHR量传能力的实验室进行了多次比对[3],特别是,2001年以来与本院建成的QHR进行一年两次的比对[4],以监测国家电阻基准的漂移和偏差[5]。

    2006年11月,国质检量函[2006]938号文件批准了中国计量科学研究院的量子化霍尔电阻装置作为国家直流电阻基准。2007年11月,国质检量函[2007]946号文件,批准自2008年1月1日起,正式启用量子化霍尔电阻基准(简称新基准)开展量值传递工作。

    本文论述启用新基准前原基准量值的确定,以及涉及的有关国内电阻量值修正的技术工作。

    2　原电阻基准量值修正量的确定

    原电阻基准是一组标称值为1Ω的实物电阻基准器,其组平均值是1990年1月1日改值时确定的。作为国家电阻基准使用时,认定其阻值恒定,而其复现的电阻单位Ω_NIM则随时间漂移。

    由于原电阻基准保存在中国测试技术研究院(成都),而副基准和量子化霍尔电阻基准保存在中国计量科学研究院(北京),因此,基准的漂移率和修正量值的是通过采用QHR对副基准长期测量确定的。