10 V Josephson dizisi gerilim standardı ve karşılaştırma ölçümleri

Abstract

10V JOSEPHSON DİZİSİ GERİLİM STANDARDI VE KARŞILAŞTIRMA ÖLÇÜMLERİ Saliha SELÇİK Anahtar Kelimeler: Josephson Dizisi Gerilim Standardı, Josephson Etkisi, Josephson Gerilim Adımı, Karşılaştırma Ölçümleri, DC Gerilim Standardı Özet: Metroloji ölçüm bilimi olup, ölçüm ile ilgili her tür tasarım, kalibrasyon, test sonuçların analizi metroloji içinde yer alan faaliyetlerdendir. Uluslararası Birimler Sistemi-SI, değişmez ve sabit birimlere duyulan ihtiyacı karşılayarak, temel oluşturmak üzere oluşturulmuş bir sistemdir. SI sistemi içinde önemli ve çok kullanılan elektriksel birimlerinden biri de, gerilim birimi olan `Volf'tur. SI Volt, amper ve mekaniksel birim olan watt üzerinden tanımlanmaktadır. Ancak, son yıllarda, gerilim birimi, frekans-gerilim çevirici olarak tanımlanabilen süperiletken Josephson eklemi ile elde edilmektedir. Josephson eklem dizisi gerilim standartları bugün birincil seviyede gerilim standardı olarak kabul görmekte ve kullanılmaktadır. Bu çalışmada, Volt'un gerçekleştirilmesinde kullanılan standartlar ve ulusal birimlerin oluşturulması ve muhafazası ile görevli TÜBİTAK Ulusal Metroloji Enstitüsü'nde gerilim birimi `Volf'un gerçekleştirilmesinde kullanılan 10V Josephson Eklem Dizisi Gerilim Standardının (JEDGS) çalışma prensibi, standardın temel bölümleri, çalıştırılma prosedürü anlatılmakta ve bu sistemin karakterizasyonu ile yapılan uluslararası karşılaştırma ölçümlerinin sonuç ve analizleri sunulmaktadır. UME 10V Josephson Dizisi Gerilim Standardı, gerilim birimini fiziksel sabitlere bağlı olarak gerçekleştirmesine rağmen, diğer ülkelerin JEDGSTannda da olduğu gibi, diziyi çevreleyen sistemin sebep olduğu bir belirsizlik mevcuttur. Bu belirsizlik değerinin hesaplanması ve Volt'un tekrar gerçekleştirilebilme güvenilirliğinin belirlenmesi amacıyla, metroloji hiyerarşisinin en tepe noktasında bulunan BIPM (Bureau International des Poids et Mesures) ile karşılaştırma ölçümleri gerçekleştirmiş olan Fransa'nın ulusal metroloji Enstitüsü-BNM/LCIE'nin Josephson Eklem Dizisi Gerilim Standardı ile karşılaştırma ölçümleri yapılmıştır. Karşılaştırma ölçümleri, 4 adet zener-diyot yapılı DC gerilim standardının transfer standardı olarak kullanılması suretiyle gerçekleştirilmiştir. Zener diyot yapılı gerilim standartlarının değerlerinde zamanla değişim gözlendiğinden, ölçümler 5 haftalık zaman zarfında gerçekleştirilmiştir. Bu şekilde standartların değerlerindeki kaymalar belirlenerek ölçüm sonuçlan analiz edilmiştir. Standartlar ilk olarak UME laboratuvannda UME Josephson Eklem Dizisi Gerilim Standardı ile ölçülmüş, daha sonra BNM/LCIE' götürülerek, Fransa'nın gerilim standardı ile karşılaştınlmıştır. Bir hafta süresince gerçekleştirilen ölçümler sonrasında standartlar tekrar UME Gerilim Laboratuvanna getirilmiş, ve bir hafta boyunca tekrar ölçülmüştür. Karşılaştırma ölçümlerinin sonuçları, iki ülke standardı ile gerçekleştirilen ölçümlerin güvenilirliğini kanıtlamış ve iki sistem arasındaki farkı belirlemiştir.

10V JOSEPHSON ARRAY VOLTAGE STANDARD AND AN INTERCOMPARISON MEASUREMENT Saüha SELÇİK Key words: Josephson Array Voltage Standard, Josephson Effect, Josephson Voltage Step, Intercomparison, DC Voltage Standard Abstract: Metrology is the science of measurement. Everything related to measurement such as designing, calibration, analyzing the results of a test exists within the metrology realm. The International System of Units, abbreviated SI, has been developed to meet the need in order to have a uniform and consistent set of units. One of the most important and widely used of these units is the Volt. SI Volt is defined in terms of Ampere and Watt, which is mechanical unit. Recently, the Volt has been realized by superconducting Josephson Junction which can be defined as a frequency to voltage converter. Josephson Junction Array Voltage Standards are used as primary voltage standards. The theory of 10V Josephson Array Voltage Standard which is used for realization of the voltage unit `Volt` in TÜBİTAK Ulusal Metroloji Enstitüsü-UME (National Metrology Institute) which is responsible for establishment and maintenance of national units, is explained, the main parts of the standard and operating procedure are described and the result of the intercomparison measurements and methods used to analyze the results are given. Although 10V Josephson Array Voltage Standard of UME realizes the voltage unit related to the fundamental constants, it has uncertainty components due to the system surrounding the array. In order to estimate the uncertainty of the system and to determine the reliability of the reproducibility of Volt realization, intercomparison measurements of Josephson Array Voltage Standards have been performed with standard of BNM/LCIE (Bureau International des Poids et Mesures-France), which was intercompared with top point of metrology hierarchy-BIPM (Bureau International des Poids et Mesures). The intercomparison was performed by using 4 zener diode based DC Voltage Standards as transfer standard. Since the output of a zener diode based voltage standard drifts with time, the comparison measurements have been performed in 5 weeks period. So, the measurement results have been analyzed by considering the drifts of the transfer standards. Preliminary measurements have been performed at UME. Then, they have been hand carried to BNM/LCIE and compared to national voltage standard of France. After performing measurements for five-days in France, the standards have been hand carried back to UME Voltage Laboratory and measured during the following week. The result shows a good agreement in sense of reliability and accuracy between two national Josephson Voltage Standards. m