10951 IMG�55 (2)

nakładach¹ i przy takich samych nakładach dokładność maleje w miarę oddalania się od średnich wielkości

U ostatnich 25 latach głęboko zmieniła się technika pomiaru składowych impedancji, szczególnie technika powszechnego użytku Straciły na znaczeniu lub są nieużyteczne dawniej stosowane techniki powszechnego zastosowania są zastępowane przez elektroniczne cyfrowe przyrządy pomiarowe Nie ma ragi np stosowanie przyrządu w układzie mostka Wheatsto-ne a. gdy jego użycie jest kłopotliwe, jest trudny do automatyzowania, drogi w dokładnym wykonaniu, gdy pomiary rezystancji o lej samej lub lepszej dokładności można wykonać automatycznie korzystając z funkcji omomierza w multimetrze cyfrowym Natomiast sama idea układu mostka (jako komparatora rezystancji) użyta w szczególny sposób jest niezastąpiona w wielu zastosowaniach, np do pomiaru malej różnicy rezystancji w stosunku do zadanej lub jako układu przetwornika zmian rezystancji na napięcie Jednak np mostek Thomsona nie może być skutecznie zastąpiony tą samą techniką cyfro wrą, bo elektroniczne układy pomiaru rezystancji nie są tak dokładne, gdy zastosowane są do pomiaru małych rezystancji Oba wymienione układy mostków rezystancyjnych są nieużyteczne do pomiarów rezystancji z najwyższą dokładnością i z największego zakresu wielkości; do takich celów buduje się układy z zastosowaniem komparatorów prądu stałego'

Nie ma racji stosowanie impedancyjnych¹ mostków prądu zmiennego powszechnego użytku, ponieważ są bardzo kłopotliwe w użyciu (równoważenie jest żmudne!), gdy są oferowane cyfrowe mierniki RLC, za pomocą których wynik pomiaru otrzymuje się automatycznie i z równorzędną dokładnością Natomiast wyspecjalizowane mostki impedancyjne prądu zmiennego są nadal użyteczne, np mostek do pomiaru tangensa delta układu izolacyjnego (dielektryku) przy wysokim napięciu W tym samym czasie rozwinęły się konstrukcje mostków transformatorowych¹, których nie można zastąpić miernikami cyfrowymi ani mostkami impe-dancyjnymi. tam gdzie potrzebna jest duża i najwyższa dokładność pomiaru składowych impe-aancn

4.2. Wzorce miary składowych RLC impedancji 4.2.1. Wzorce mtary rezystancji

Przy tworzeniu wzorców miary rezystancji rozwiązuje się dwa problemy, tak jak to juz poznaliśmy przy wzorcach czasu i napięcia Problem pierwszy dotyczy stworzenia wzorca pierwotnego rezystancji, czyli wskazania takiego zjawiska lub obiektu, w którym wskazanej rezystancji można przypisać z dużą dokładnością wartość jednostki miary, czyli w naszym przypadku wartość 1Q w układzie SI, albo przypisać konkretną liczbę takich jednostek. Wzorzec pierwotny rezystancji odtwarza się w laboratoriach metrologicznych i za pomocą procedury komparacyjnęj (tj w rezultacie odpowiednich pomiarów-porównań) przenosi się jego miarę na specjalnie wykonany rezystor materialny - wzorzec wtórny. Problem drugi to konstruowanie, wytwarzanie i wzorcowanie rezystorów - wzorców wtórnych rezystancji, które będą odtwarzać ze znanym błędem dopuszczalnym daną wartość rezystancji. Wartość rezy-

stancji wzorca wtórnego wyznacza się przez porównanie ze wzorcem pierwotnym lub przez porównanie z wcześniej uwierzytelnionym wzorcem wtórnym Wzorce wtórne 14 w praktycznym użyciu w miernictwie elektrycznym. To one w zastosowaniach pomiarowych tą nazywane rezystorami wzorcowymi

Od roku 1990 jednostkę miary rezystancji I ft definiuje się i jej pierwotny wzorzec miary odtwarza się - tak jak miarę napięcia - na zasadzie zjawiska kwantowego^{2 3} Tym razem wykorzystuje się zjawisko występujące w hallotrome, gdy umieści się go w temperaturze bliskiej zera bezwzględnego i w bardzo silnym polu magnetycznym Okazuje się, te wówczas w takich warunkach określona wielkość charakterystyczna dla hallotronu, mająca wymiar rezystancji, jest skwantowaną wielkością w funkcji indukcji magnetycznej, tzn zmienia uę „schodkowo" w funkcji tej indukcji i dla danego schodki doić duże zmiany indukcji nie mają wpływu na wielkość tak rozumianej rezystancji Wysokość „pierwszego schodka" jest stałą* fizyczną, oznaczaną symbolem /?* i nazwaną stałą KJitzinga Jest ona jednoznaczną funkcją ładunku elektronu i stałej Plancka, ale ta zależność me mogła być podstawą dokładnego wyznaczenia tej stałej i trzeba było wykonać dokładne pomiary bezpośrednio stałej Klitzuga, żeby odkryte zjawisko mogło być podstawą definiowania i odtwarzania jednostki miary rezystancji -Ifl W tych pomiarach realizowano jednak „logikę odwrotną", wyznaczono bowiem taką wartość stałej Klilzinga (wyrażoną w omach), zęby rezystancja odpowiadająca jednemu omowi nie musiała ulec zmianie (bo to mogłoby wywołać zamieszanie w świecie cywilizowanym). Oznacza to, że w wyniku dokładnych pomiarów wykonywanych w wielu laboratoriach metrologicznych na świecie, odtwarzano rezystancję na różnych niezależnych zasadach fizycznych, rezystancję o znanej wartości wyrażonej w omach i na tej podstawie wyznaczano stałą Klilzinga kwantowego zjawiska Halla. Otrzymaną wartość 25 812.807 fl stałej oznaczono symbolem Rk-w, w którym liczba 90 oznacza rok przyjęcia tej wartości i oznacza równocześnie odpowiednią jej dokładność osiągniętą w tym okresie. Gdy w przyszłości będzie osiągnięta większa dokładność wyznaczenia stałej, to stała R* będzie przedstawiona za pomocą większej liczby cyfr - będzie mniej niepewna i otrzyma symbol z indeksem roku wprowadzenia Korzyść z wprowadzenia nowej definicji miary rezystancji polega na tym, że jest ona stała, odtwarzalna na całym świecie jako wielkość charakterystyczna wskazanego zjawiska, więc każdy, kto potrafi, może sobie odtworzyć miarę wzorcową, do zapewnienia jednolitości miar na świecie nie trzeba przewozić i porównywać wzorców materialnych

Oszacowano, że stała Ra so została wyznaczona z niepewnością średmokwadratową 2.10 , co oznacza, że tyle wynosi względna, średmokwadratową miara liczbowa rozrzutu wyników pomiarów tej stałej, pomiarów najstaranniej wykonanych w różnych laboratoriach na świecie. Gdyby przyjąć przedziałową ocenę niepewności 3 er, o największym przyjmowanym poziomie ufności, to taki przedział wynosiłby 6.10 , co oznacza, że najdokładniejsze wtórne wzorce rezystancji lub najdokładniejsze przyrządy do jej pomiaru muszą charakteryzować aę błędem dopuszczalnym większym niż 6.10'.

Zauważmy, że rezystancja wzorca miary jednego oma jest dokładniej znana (2.10 'J mz napięcie pierwotnego wzorca miaiy jednego wolta (4.10").

Na rysunku 4.2 pokazano ideowo zasadę przenoszenia (kopiowania) miary wzorca pierwotnego rezystancji - rezystancja występująca w zjawisku Klilzinga - na rezystor który

’ Mostek impedancyjny yea to mostek prądu zmiennego, którego ramiona utworzono z impedancji Będą omówione w tym rozdziale

187

1

Jbttdj" woźna tn rozumieć jako .stopień trudności" W ogóle chodzi tu o porównanie dokładności oferowanej aparatury do pomiaru wielkości RCL i uświadomienie, dla których przedziałów- danej wielkości jest ona najdokładniejsza przy danej cenie.

Pauz p.4.3 pomiary rezystancji

2

Zjawisko kwantowe Halla (kwantowe prawo Ohma) odkryte przez von Klilzinga w 1980 raka i wyróżnione nagrodą Nobla w roku 1985. Warto zauważę jak krótki czas minął od odbycia do prakiycznego zastosowania, gdy na przykład „normalne” zjawisko Halla teoretycznie przewidziane (odbyte) przez Halla czekało prawie ICO lal na praktyczne zastosowanie w konstrukcji elementu półprzewodnikowego, zwanego tul amurem

3

Siała fizyczna - przypominamy - jest wielkością, która ma ściśle określoną, niezmienną wartość » danym układzie jednostek i niezależną od jakichkolwiek czynników fizycznych, np prędkość światła w próżni