JPH0125330Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、ジヨゼフソン効果を応用した標準電
圧と比較して被試験電池の起電力を測定し校正す
ることのできるジヨゼフソン電圧標準装置に関す
るものである。

第１図は、従来のこの種のジヨゼフソン電圧標
準装置の一例を示す図である。液体ヘリウム槽２
に配設されたジヨゼフソン接合素子１にマイクロ
波３を照射する。素子１は次式で示される電圧で
同期現象を起し接合の電流・電圧特性に第２図に
示すように原点対称の階段状のステツプが現われ
る。

e_J＝ｈ／2e・no ただし、oはマイクロ波周波数、ｎは整数。
この各ステツプにおいては、定電流源４から供給
されるバイアス電流の変化によらず出力電圧e_Jは
一定となる。分圧器６は分圧比が可変な抵抗器
７，８（分圧比ｍ）に定電流源９より定電流を流
し、互いに関連する高精度の２つの比較電圧を発
生する。前記出力電圧すなわちジヨセフソン電圧
e_Jと被試験電池５の起電力とは分圧器６の比較電
圧とそれぞれ突き合わせて大小比較される。その
大小の差異はそれぞれガルバノメータ１０，１１
によつて検出される。ガルバノメータ１０，１１
の出力は記録計１２に記録でき前記電圧の差異を
読み取ることができる。この場合、ジヨゼフソン
接合素子１が液体ヘリウム２内にあるので、ここ
から常温までの温度差に関連して熱起電力E₁が
発生する。このため、定電流源４及び９並びに被
試験電池５の極性をスイツチ４ａ及び９ａ並びに
５ａを介して切換えて熱起電力E₁を測り、ガル
バノメータ１０がオーバーレンジしないように、
ジヨゼフソン接合素子１とガルバノメータ１０と
の間に介挿した熱起電力補償回路１３によりこの
熱起電力E₁を打消す。定電流源９の電流及びマ
イクロ波３の周波数oを適宜調節しガルバノメ
ータ１０，１１の出力が零になるように平衡させ
る。平衡時、被試験電池５の起電力e_Sとジヨゼフ
ソン電圧e_Jの間には、 e_S＝ｍ・e_J＝ｍ・ｎ・o (1) の関係が成立するので、これにより起電力e_Sを測
定し校正することができる。

しかし、e_Jは通常１〜10mV程度であり、これ
を高精度例えば1ppm以下の精度で測る場合には
１〜10nVの分解能が必要であるが、熱起電力等
のドリフトが時間と共に変化し、その変化量が前
記分解能より大きくなり、1ppm以下の精度で測
定できなくなる。また、校正は平均値によるため
何回か測定を繰り返えすが、その都度補償回路を
調整する必要が生じ、操作が煩雑である上に測定
に時間がかかるという欠点があつた。

本考案は、このような欠点を除去し、熱起電力
及び熱起電力のドリフトなどの影響を受けること
なく高精度に被試験電池の起電力を測定すること
のできるジヨゼフソン電圧標準装置を実現しよう
とするものである。

以下図面を参照して本考案を詳しく説明する。
第３図は本考案に係るジヨゼフソン電圧標準装置
の一実施例を示す構成図である。第３図におい
て、第１図と同等部分には同一符号を付し、その
説明は省略する。２１は制御回路で、スイツチ４
ａ，９ａ及び５ａを駆動し極性切換えを行わせ
る。２２，２３は同期整流回路で、ガルバノメー
タ１０及び１１の出力をスイツチ切換え周期に同
期して整流するもので、制御回路２１により同期
駆動される。同期整流器２２，２３の出力すなわ
ち同期整流出力信号は記録計（又は指示計）１２
に出力される。熱起電力補償回路１３はガルバノ
メータ１０がオーバーレンジとならない程度に熱
起電力を打ち消すよう調整する。

このような構成において、熱起電力E₁，E₂が
図示のように発生している場合、スイツチ４ａ，
５ａ及び９ａを切換えても熱起電力E₁，E₂の極
性は変化しないから同期整流出力信号はこれら熱
起電力E₁，E₂の影響を全く受けない。そこで、
従来装置の操作と同様な操作で記録計（または指
示計）１２の表示を見ながら同期整流器２２，２
３の出力が零になるように調整する。このように
して平衡をとつたとき、熱起電力E₁，E₂に関係
なく前記(1)式の関係が成立し、被試験電池５をジ
ヨゼフソン電圧e_Jで校正することができる。

なお、平衡調整の際、まず同期整流器２３の出
力が零になるように定電流源９を手動で調整し、
次に同期整流器２２の出力が零になるように定電
流源４の電流及びマイクロ波の周波数を手動で調
整しているが、同期整流器２２，２３の出力をそ
れぞれマイクロ波発生器（図示せず）及び定電流
源９に帰還するように構成すれば平衡調整の自動
化が実現できる。

また、分圧器６の分圧比ｍが任意に可変できる
ように構成すれば、マイクロ波の周波数を固定
し、同期整流器２２の出力が零になるように定電
流源９を調整した後同期整流器２３の出力が零に
なるように分圧比ｍを選定すればよく、平衡調整
操作が極めて簡単になる。

また、熱起電力補償回路１３はガルバノメータ
１０のオーバーレンジ防止用に使用したものであ
るが、ガルバノメータ１０が十分に広い入力レン
ジ幅を有する場合には必ずしも必要でなく省略す
ることができる。

以上説明したように、本考案のジヨゼフソン電
圧標準装置によれば、ガルバノメータの検出回路
に生じた熱起電力及びその時間的変化に対しても
全く影響されることなく電圧平衡調整ができ、そ
のため、被試験電池の起電力測定の操作が簡単化
され、更に周囲温度などの環境条件の制限がゆる
くなるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のジヨゼフソン電圧標準装置の一
例を示す構成図、第２図はジヨゼフソン接合素子
の電流・電圧特性図、第３図は本考案に係るジヨ
ゼフソン電圧標準装置の一実施例を示す構成図で
ある。 １……ジヨゼフソン接合素子、２……液体ヘリ
ウム槽、３……マイクロ波、４，９……定電流
源、５……被試験電池、６……分圧器、７，８…
…抵抗器、１０，１１……ガルバノメータ、１２
……記録計、E₁，E₂……熱起電力、２１……制
御回路、２２，２３……同期整流回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 液体ヘリウム槽内に配設され、一定のバイアス
   電流が供給されると同時にマイクロ波が照射され
   たときバイアス電流に応じたジヨゼフソン電圧が
   発生するジヨゼフソン接合素子と、 スイツチにより極性が関連して切り換えられ、
   電圧値が可変で電圧比は所定の比率に保たれた２
   つの比較電圧を発生する分圧器と、 前記ジヨゼフソン接合素子部に発生する熱起電
   力を補償する熱起電力補償回路と、 前記分圧器の一方の比較電圧と、前記熱起電力
   補償回路を介して熱起電力の補償されたジヨゼフ
   ソン電圧との差を検出する一方のガルバノメータ
   と、 前記分圧器の他方の比較電圧と、被試験電池と
   の差を検出する他方のガルバノメータと からなり、前記比較電圧およびマイクロ波の周波
   数を調節して前記一方のガルバノメータの出力が
   零になるように平衡させ、前記電圧比、比較電圧
   および他方のガルバノメータの出力を基に被試験
   電池の起電力を求めることができるジヨゼフソン
   電圧標準装置において、 前記バイアス電流の極性、分圧器に生ずる比較
   電圧の極性、および被試験電池の接続を周期的に
   切換える制御回路と、 前記２個のガルバノメータの出力を前記制御回
   路により前記切換周期に同期してそれぞれ整流す
   る同期整流回路 を具備したことを特徴とするジヨゼフソン電圧標
   準装置。