Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego
Program Polska Metrologia II
Trójstronne porównania nowych cyfrowych mostków impedancji przeznaczonych do komparacji wzorców
Trilateral comparisons of new digital impedance bridges designed to comparing standards (CompDIB)
Charakterystyka projektu
Zgodnie z zaleceniami BIPM, wzorce jednostek miar pojemności elektrycznej, indukcyjności i rezystancji mogą być w praktycznej realizacji odnoszone do wzorca rezystancji opartego na efekcie Halla - DCQHR lub ACQHR. W łańcuchu porównań wzorców impedancji coraz częściej są stosowane nowej generacji cyfrowe mostki impedancji. Są to mostki bazujące na wykorzystaniu złączy Josephsona (mostki kwantowe) oraz w pełni cyfrowe mostki wykorzystujące najnowsze osiągnięcia z obszaru technologii przetworników A/C i C/A. Te ostatnie są znacznie tańsze w budowie i eksploatacji i z tego powodu są przedmiotem zaawansowanych badań i prac rozwojowych prowadzonych głównie przez wiodące NMIs, mimo że aktualnie pozwalają na komparacje z niepewnością o rząd wielkości większą od mostków kwantowych. Również Główny Urząd Miar (GUM) prowadzi obecnie starania, aby wdrożyć do krajowego systemu miar cyfrowe mostki impedancji. Ważnym krokiem w tym kierunku był wspólny udział GUM i zespołów badawczych Uniwersytetu Zielonogórskiego (Instytut Metrologii, Elektroniki i Informatyki - IMEI) oraz Politechniki Śląskiej (Katedra Metrologii, Elektroniki i Automatyki - KMEiA) w dwóch projektach europejskich:
EMPIR 17RPT04 VersICaL oraz
EMRP SIB53 AIM QuTE. Jednym z efektów realizacji projektów było opracowanie cyfrowych mostków o dwóch różnych strukturach: mostków z kalibrowanymi źródłami napięć (ang. sourcing bridges) oraz mostków z pomiarem zespolonego stosunku napięć - mostków próbkujących (ang. digitizing bridges). W obydwu rozwiązaniach kluczową rolę odgrywają ultraprecyzyjne cyfrowe źródła napięć sinusoidalnych opracowane przez zespoły badawcze z UZ i PŚ. W ramach projektu VersICaL opracowano i wdrożono na bazie źródła IMEI cyfrowe mostki w INRIM i NSAI, natomiast na bazie źródła KMEiA powstały i wdrażane są mostki w Trescal, GUM i PŚ.
Głównym celem projektu jest zwiększenie możliwości pomiarowych Laboratorium Wzorców Wielkości Elektrycznych Małych Częstotliwości (LWWEMC) w GUM w zakresie realizacji państwowych wzorców impedancji poprzez zapewnienie ich spójności pomiarowej w odniesieniu do wzorca opartego na kwantowym efekcie Halla DCQHR. Cel ten będzie osiągnięty poprzez realizację trójstronnych porównań w pełni cyfrowych mostków impedancji nowej generacji, które będą na wyposażeniu GUM, IMEI oraz KMEiA.
Przeprowadzenie trójstronnych porównań wymaga zbudowania w ramach projektu w UZ cyfrowego mostka impedancji z kalibrowanymi źródłami napięć oraz rozbudowy i udoskonalenia mostków rozwijanych w GUM i KMEiA oraz uzupełnienie bazy wzorców poprzez wytworzenie nowych zestawów wzorców rezystancji i pojemności. Przewiduje się komparacje wzorców R, L, C w paśmie częstotliwości od 100 Hz do 10 kHz dla różnych stosunków modułów impedancji z zakresu od 1:1 do 10:1. Analizie zostanie poddana spójności wyników komparacji otrzymanych przy wykorzystaniu trzech cyfrowych mostków. W analizie uwzględniona zostanie niepewność pomiaru każdego mostka. Spójność wyników zostanie opracowana zgodnie z zaleceniami normy PN-EN ISO/IEC 17043. Wyznaczony zostanie wskaźnik En informujący o spójności pomiarowej. Takie podejście stosowane jest powszechnie przez NMIs podczas komparacji międzynarodowych i krajowych.
Czas realizacji projektu:
01.02.2024 – 31.01.2026
Realizatorzy projektu:Uniwersytet Zielonogórski, Instytut Metrologii, Elektroniki i Informatykiprof. dr hab. inż. Ryszard Rybski - kierownik projektu
dr hab. inż. Janusz Kaczmarek, prof. UZ
dr inż. Mirosław Kozioł
Politechnika Śląska, Katedra Metrologii, Elektroniki i Automatykiprof. dr hab. inż. Marian Kampik
dr hab. inż. Krzysztof Musioł, prof. PŚ
Główny Urząd Miar w Warszawie, Zakład Elektryczności i Promieniowaniamgr inż. Jolanta Jursza
Maciej Koszarny
mgr inż. Paweł Zawadzki
mgr inż. Adam Ziółek