Kdo jsme?

Jaroslav Boháček
koordinuje výzkum zaměřený na využití kvantového Hallova jevu při kalibracích etalonů elektrické impedance a na vytvoření systému pro kalibrace přesných širokopásmových měřičů LCR v kmitočtovém pásmu do 1 MHz.

Radek Sedláček
se zabývá vývojem unikátních zařízení pro kalibraci etalonů elektrické impedance a zejména se specializuje na vývoj elektronických funkčních bloků včetně příslušného softwarového vybavení.

Jan Kučera
se podílí na vývoji zařízení pro kalibraci etalonů elektrického odporu a elektrické kapacity v kmitočtovém pásmu do 1 MHz.

Jan Kotek
navrhuje konstrukční provedení vyvíjených zařízení a zajišťuje jejich realizaci.

Jakým výzkumem se zabýváme

V průběhu posledních let byla ze strany předních světových metrologických laboratoří věnována značná pozornost výzkumu možností metrologického využití střídavého kvantového Hallova jevu. Po zjištění, že pomocí heterostruktur AlGaAs/GaAs lze v kmitočtovém pásmu minimálně do 5 kHz reprodukovat jednotku elektrického odporu s nejistotou řádu 1.10^-7, se těchto heterostruktur začalo používat jako referenčních etalonů při kalibracích etalonů elektrického odporu a, později, též elektrické kapacity. Katedra měření FEL ČVUT patřila ve spolupráci s Fyzikálním ústavem AV ČR a s Českým metrologickým institutem k prvním pracovištím, která se tímto výzkumem zabývala a která dosažené výsledky publikovala. Kromě můstků, které byly v této souvislosti na katedře vyvinuty pro kalibrace etalonů odporu a kapacity, byla vyvinuta i zařízení umožňující kalibrovat etalony indukčnosti vlastní a vzájemné. V současné době je hlavní pozornost věnována rozšíření kmitočtového rozsahu, ve kterém mohou být uvedené kalibrace prováděny.

K čemu to je

Očekáváme, že dosaženými výsledky přispějeme k zvýšení přesnosti kalibrací etalonů elektrické impedance prováděných v rámci Národního metrologického systému ČR (nejen akreditovanými laboratořemi včetně Českého metrologického institutu, ale též naší metrologickou laboratoří). Potřeba zvýšit přesnost těchto kalibrací je stále naléhavěji pociťována zejména v souvislosti s výrazně rostoucími nároky na kalibrace přesných širokopásmových měřičů LCR.

Na čem konkrétně pracujeme

Speciální etalony:

• Etalony s vypočitatelnou kmitočtovou závislostí

  Byly realizovány etalony různého provedení (koaxiální, kvadrifilární a oktofilární) včetně programového vybavení pro výpočty jejich kmitočtových závislostí. Hlavní využití těchto etalonů je při měření kmitočtových závislostí etalonů odporu, etalony na bázi kvantového Hallova jevu nevyjímaje.

  
• Transferové etalony

  Pro použití v kmitočtovém pásmu do 5 kHz byly realizovány etalony Hamonova typu 10 × 100 Ω a 10 × 1000 Ω. Jsou určeny především pro přesná měření poměrů odporů a lze jich využít též při kalibraci indukčních děličů napětí.

  

Speciální měřicí zařízení a jejich moduly:

• Referenční kapacitní dělič s permutovanými kondenzátory

  Dělič je určen ke kalibraci indukčně vázaných poměrových ramen můstků pro vzájemné navazování etalonů odporu, příp. kapacity v poměru 1:10.

  

• Elektronické moduly speciálních měřicích zařízení

  Tyto moduly (dvoukanálová kompenzační jednotka a blok napěťových sledovačů) se využívají především v zařízeních vyvinutých pro kalibraci etalonů vlastní a vzájemné indukčnosti.

  

• Poměrová ramena vysokofrekvenčních můstků

  S cílem nalézt optimální způsob vinutí bylo realizováno několik variant poměrových ramen vysokofrekvenčního můstku pro vzájemné navazování etalonů odporu, příp. kapacity v poměru 1:10. Kalibrace realizovaných ramen byla provedena jejich porovnáním s referenčním kapacitním děličem s permutovanými kondenzátory.

  

• Číslicově řízený šestibitový indukční dělič napětí

Realizované jednotky budou sloužit jako vyvažovací prvky můstků s kmitočtovým rozsahem do 1 MHz.

Kdo financuje náš výzkum

V minulosti byl náš výzkum financován Grantovou agenturou ČR (projekty 102/96/0083, 102/98/1571 a 102/02/1056) a Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví v rámci Programu rozvoje metrologie. V současné době financování z Programu rozvoje metrologie trvá a další prostředky poskytuje Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy v rámci výzkumného záměru MSM6840770015 "Výzkum metod a systémů pro měření fyzikálních veličin a zpracování naměřených dat".

S kým spolupracujeme

• Realizujeme speciální etalony pro zahraniční metrologické instituty:
  • Realizace odporového etalonu s vypočitatelnou kmitočtovou závislostí hodnoty 12906,4 Ω pro Physikalisch-Technische Bundesanstalt v Brunšviku v rámci evropského SMT projektu "Modular System for the Calibration of Capacitance Standards Based on the Quantum Hall Effect"
  • Realizace odporových etalonů s vypočitatelnými kmitočtovými závislostmi hodnot 100 Ω a 1000 Ω pro Glówny Urzad Miar ve Varšavě
  • Realizace odporových etalonů s vypočitatelnými kmitočtovými závislostmi hodnot 100 Ω a 1000 Ω pro Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica v Turínu.
• Účastníme se mezinárodních porovnání v rámci EURAMETu:
  • Porovnání č. 432 "Frequency Performance of 12906.4 Ω and 6453.2 Ω Reference Resistors for AC Quantum Hall Effect Experiments" (koordinace)
  • Porovnání č. 607 "100 mH Inductance Intercomparison"
• Navázali jsme vzájemně prospěšné kontakty s řadou zahraničních metrologických institucí. Byly publikovány výsledky spolupráce s těmito institucemi:
  Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Brunšvik, SRN
  National Physical Laboratory, Teddington, Velká Británie
  Bureau International des Poids et Mesures, Sèvres, Francie
  Electrotechnical Laboratory, Tsukuba, Japonsko
  National Research Council, Ottawa, Kanada
  Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, Turín, Itálie
  National Metrology Laboratory, Pretoria, Jižní Afrika
  

Vybrané publikace

• Hartland A. - Kibble B. P. - Rodgers P. J. - Boháček J.: AC Measurements of the Quantized Hall Resistance. IEEE Trans. Instr. Meas., 1995, sv. 44, č. 2, str. 245-248.
• Boháček J. - Svoboda P. - Vašek P.: AC QHE-Based Calibration of Resistance Standards. IEEE Trans. Instr. Meas., 1997, sv. 46, č. 2, str. 273-275.
• Boháček J.: AC QHE-Based Resistance and Capacitance Calibrations. IEE Proc.-Sci. Meas. Technol., 2000, sv. 147, č. 4, str. 190-192.
• Boháček J. - Wood B. M.: Octofilar Resistors with Calculable Frequency Dependence. Metrologia, 2001, sv. 38, č. 3, str. 241-247.
• Boháček J.: EUROMET Project 432: Frequency Performance of 12906 Ω and 6453 Ω Reference Resistors for AC Quantum Hall Effect Experiments. Metrologia, 2002, sv. 39, č. 2, str.231-237.
• Melcher J. - Schurr J. - Pierz K. - Williams J. M. - Giblin S. P. - Cabiati F. - Callegaro L. - Marullo-Reedtz G. - Cassiago C. - Jeckelmann B. - Jeanneret B. - Overnay F. - Boháček J. - Říha J. - Power O. - Murray J. - Nunes M. - Lobo M. - Godinho I.: The European ACQHE Project: Modular System for the Calibration of Capacitance Standards Based on the Quantum Hall Effect. IEEE Trans. Instr. Meas., 2003, sv. 52, č. 2, str. 563-568.
• Boháček J.: A QHE-Based System for Calibrating Impedance Standards. IEEE Trans. Instr. Meas., 2004, sv. 53, č. 4, str. 977-980.
• Callegaro L. - D´Elia V. - Boháček J.: Four-Terminal-Pair Inductance Comparison Between INRIM and CTU. IEEE Trans. Instr. Meas., 2009, sv. 58, č. 1, str. 87-93.
• Sedláček R. - Boháček J.: Bridges for Calibrating Four-Terminal-Pair Standards of Self-Inductance at Frequencies up to 10 kHz. Meas. Sci. Technol. 20 (2009) 025105, doi: 10.1088/0957-0233/20/2/025105.
• Kučera J. - Vollmer E. - Schurr J. - Boháček J.: Calculable Resistors of Coaxial Design. Meas. Sci. Technol. 20 (2009) 095104, doi: 10.1088/0957-0233/20/9/095104.
• Kučera J. - Sedláček R. - Boháček J.: A New Capacitance Device for Calibration of N:1 HF Inductive Voltage Dividers. 2010 Conference on Precision Electromagnetic Measurements Digest, pp. 390-391. IEEE, Daejeon 2010. ISBN 978-1-4244-5.
• Boháček J. - Horská J. - Sedláček R.: Comparison of Frequency Dependences of Resistance Standards Made from Surface Mount Resistors. 2010 Conference on Precision Electromagnetic Measurements Digest, pp. 647-648. IEEE, Daejeon 2010. ISBN 978-1-4244-5.

---