[发明专利]无液氦量子霍尔电阻传递装置

说明书

本发明公开了一种无液氦量子霍尔电阻传递装置，该装置包括：超导磁体，超导磁体包括超导线圈和样品空间，样品空间设置于超导线圈产生的磁场中心；制冷机，制冷机与超导磁体连接，为超导磁体提供冷源；量子霍尔电阻芯片，量子霍尔电阻芯片设置于样品空间内；电流比较仪电阻电桥，电流比较仪电阻电桥与量子霍尔电阻芯片电气连接；标准电阻器，标准电阻器与电流比较仪电阻电桥电气连接。本发明提出的量子霍尔电阻传递装置是一种无液氦维持量子霍尔电阻传递的便携式装置，大大降低传统量子霍尔电阻基准装置的复杂性，以及使用液氦的高昂成本和复杂操作，同时保证了量值传递的高准确度，推动了电磁计量领域量值扁平化传递的发展，产生重要的社会经济效益。

技术领域

本发明属于精密电学测量领域，更具体地，涉及一种无液氦量子霍尔电阻传递装置。

背景技术

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基准复现。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，虽然我国量子化霍尔电阻基准的标准不确定度极小，但是经过实物电阻进行量传时受限于复现量子霍尔电阻的环境苛刻性(高磁场、极低温)及实验复杂性，以及运行高准确度测量装置(低温电流比较仪需要液氦维持)操作复杂性、成本高昂性等实际特点，电阻量值传递只在顶层运行量子化霍尔电阻装置，采用实物电阻及直流电阻电桥多级传递，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。

传统的量子霍尔电阻基准装置工作条件苛刻，操作复杂，限制了量子霍尔电阻标准的推广和应用，影响电阻单位高准确度量值传递，因此，有必要一种新的量子霍尔电阻传递装置。

发明内容

本发明针对传统量子霍尔电阻基准装置工作条件苛刻，操作复杂，限制量子霍尔电阻标准的推广和应用，影响电阻单位高准确度量值传递的问题，通过提供一种无液氦维持量子霍尔电阻传递的便携式装置，从而推动电磁计量领域量值扁平化传递的发展，产生重要的社会经济效益。

为了实现上述目的，本发明提供一种无液氦量子霍尔电阻传递装置，该装置包括：超导磁体，所述超导磁体包括超导线圈和样品空间，所述样品空间设置于所述超导线圈产生的磁场中心；制冷机，所述制冷机与所述超导磁体连接，为所述超导磁体提供冷源；量子霍尔电阻芯片，所述量子霍尔电阻芯片设置于所述样品空间内；电流比较仪电阻电桥，所述电流比较仪电阻电桥与所述量子霍尔电阻芯片电气连接；标准电阻器，所述标准电阻器与所述电流比较仪电阻电桥电气连接。

优选地，所述量子霍尔电阻芯片为石墨烯量子霍尔电阻芯片。

优选地，所述量子霍尔电阻芯片的电气引线通过所述超导磁体内部由超导磁体顶端引出。

优选地，所述电流比较仪电阻电桥为低频电流比较仪电阻电桥，用于传递量子霍尔电阻量值。

优选地，所述电流比较仪电阻电桥的工作频率小于10Hz，工作温度为18-25℃。

优选地，所述制冷机的工作电压为380V。

优选地，还包括在第2量子平台处能够获得最准确的量子化霍尔电阻值。

优选地，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3.5K。

优选地，所述量子霍尔电阻芯片在所述第2量子平台的阻值为12906.4035Ω。

优选地，所述标准电阻器为十进制电阻。