我国建成新一代计算电容装置

由中国计量院承担完成的“十一五”国家科技支撑计划项目课题“精细结构常数测量关键技术及电容基准的研究”，日前顺利通过专家组验收。该课题研制的国际新型立式可移动屏蔽电极计算电容装置测量精细结构常数，复现1皮法（pF）电容单位的标准不确定度达到2.0×10-8，接近国际最好水平。

    据课题负责人、中国计量院首席研究员陆祖良介绍，本课题研究过程通过国际合作，使我国在该领域的研究很快进入国际前沿。课题组研制了国际新型的立式可移动屏蔽电极计算电容装置，利用激光干涉仪实时测长，并与我国已经建立的量子霍尔电阻装置相结合，测量了精细结构常数，技术指标达到国际先进水平，复现1皮法电容单位的标准不确定度达到2.0×10-8。据了解，目前在此领域最好水平为美国国家标准与技术研究院（NIST）的1.9×10-8，其余研究的不确定度均大于2.8×10-8。

    陆祖良表示，该计算电容装置也是目前国际电磁计量领域内除量子电压和量子电阻之外最高准确度水平（10-8）的装置。它本身是交流阻抗的计量基准，在电力行业、电子行业、家用电器、通讯设备的质量控制方面具有广泛应用，将对提高产品的国际竞争力发挥重要作用。

    据了解，该研究在多方面有所创新。例如，采用严格测量和灵活调整相结合方法，实现了主电极系统的对称和平行的高精度要求；通过实验验证了电补偿法的补偿效果比机械补偿法高一个数量级；提出了一种电容电桥自动辅助平衡新方法，消除了手动辅助平衡残余不平衡负载的影响，提高了测量速度；提出了一种完全等电位屏蔽校验方法，实现了工作状态下感应分压器的高精度校验；课题在国内首次实现四端对阻抗的高精度测量；采用了新的电容单位复现方法，操作过程简单、方便、快捷。

    精细结构常数与4个基本物理常数（普朗克常数、基本电荷、玻尔兹曼常数、阿伏伽德罗常数）之间有重要的关系，它的准确测量对4个基本常数的确定有重要的帮助；而这4个基本常数又是更好地复现、保存和传递7个国际单位制基本单位量值的关键，特别是计算电容测量的精细结构常数是直接建立在现有国际单位制之上的，由此确定的基本常数，以至随后的新的国际单位制，将保持计量单位实际内容不改变，从而保证社会经济生活生产和科学研究不受国际单位制变革的影响。目前，国际计量局和美国、澳大利亚等先进国家都在研究新一代计算电容基准。

    为了响应国际计量界这一新的发展趋势，在国际基本单位重新定义过程中掌握主动，中国计量院联合国内有关单位，于2006年申请了“十一五”国家科技支撑计划项目——“以量子物理为基础的现代计量基准研究”，包括能量天平质量量子基准、玻尔兹曼常数测量及热力学温度基准、精细结构常数测量关键技术及电容基准、阿伏伽德罗常数测量关键技术等9项量子计量基准及关键技术研究。经过几年的努力，该项目中的课题先后取得一系列成果。本课题的验收标志着该项目的全部结束，为我国应对国际单位制的重大变革打下了坚实基础。