Kontaktperson
Gunnar Eklund
Forskare
Kontakta GunnarElektrisk Likspänning
Elektrisk likspänning är ett expertisområde vid Riksmätplatsen för elektriska storheter. Vi realiserar spänningsenhetern volt med hjälp av den kvantfysikaliska josephsoneffekten och vi bedriver forskning inom området. Vi kan också hjälpa till med kalibreringar, mätningar och utvärderingar som handlar om spänningsmätning.
Spänningsenheten
Realiseringen av spänningsenheten volt (V) sker med hjälp av josephsoneffekten som är ett exempel på en makroskopisk kvantfysikalisk effekt. För realiseringen utnyttjas den så kallade ac-josephsoneffekten som i korthet går ut på att en känd mikrovågsfrekvens via en vågledare skickas till en array av josephsonövergångar. Beroende på typen av array kan man samtidigt driva en ström genom arrayen eller mäta helt utan ytterligare elektrisk styrning. Gemensamt för båda fallen är att den spänning som utvecklas över arrayen antar ett kvantiserat värde som är en multipel av ett uttryck som enbart beror av frekvensen på mikrovågorna samt ett numeriskt värde för kvoten mellan Plancks konstant och dubbla elementarladdningen, den så kallade josephsonkonstanten. Spårbarheten kommer därför från Plancks konstant, elementarladdningen och frekvensenheten hertz. I samband med att SI systemet reviderades den 20 maj 2019 så fastställdes också värdet för Planks konstant samt elementarladdningen och dessa konstanter gavs exakta värden. Dock har realiseringen med hjälp av josephsoneffekten används i flera decennier innan den officiella definitionen ändrades. Då användes istället ett internationellt konsensusvärde på josephsonkonstanten. För att säkerställa spårbarheten utförs josephsonmätningar minst två gånger per år och däremellan upprätthålls spänningsenheten med hjälp av en grupp normaler, s.k. zenerreferenser. Medelvärdet av gruppens spänningsvärden har en årlig stabilitet som ligger inom intervallet ±0,03 μV.
Forskning och utveckling
Våra spänningsnormaler består av SIS (superconductor-insulator-superconductor) och SNS (superconductor-normal metal-superconductor) arrayer som opererar runt 70 GHz och som genererar spänningar från 145 μV till 10 V beroende på antalet josephsonövergångar. En 10 V-array består av 20 000 eller fler josephsonövergångar. Mätosäkerheten i realiseringen är av storleksordningen 1 nV/V vid 1 V. Vi arbetar kontinuerligt med att vidareutveckla och automatisera de tekniker som används vid spänningsrealiseringen.
Kontakta oss
Kontakta oss om du har frågor angående vårt arbete med elektrisk likspänning. Vi erbjuder kalibrering av exempelvis spänningsnormaler och kalibratorer och kan även hjälpa till vid utveckling av nya kalibreringsmetoder. Mer information om vår uppdragskalibrering finner du på våra tjänstesidor.