Physikalisch-Technische Bundesanstalt

In vielen Bereichen wie etwa in der Halbleiterindustrie oder in der medizinischen Messtechnik wird die Messung kleiner Stromstärken immer wichtiger. Zum Beispiel werden in der medizinischen Strahlendiagnostik und der medizinischen Strahlentherapie zur Messung der Strahlenbelastung üblicherweise Dosimeter verwendet, die die Ionisation eines Gases ausnutzen. Dabei werden sehr kleine Ströme im pA-Bereich gemessen. Die Genauigkeit der Messung ist für eine genaue Festlegung der Dosis entscheidend. Für die Überprüfung und Kalibrierung solcher Stromstärkemessgeräte benötigt man Normalstromquellen, die mit hoher Genauigkeit über einen langen Zeitraum konstante kleine Stromstärken liefern, und die auf die nationalen Einheiten rückführbar sind.

Die einfachste Methode Stromstärkemessgeräte zu kalibrieren besteht darin, den Strom mit Hilfe einer Spannungsquelle und eines Widerstands zu erzeugen. Dadurch wird die Stromstärke auf die Einheiten Volt und Ohm zurückgeführt. Diese Methode stößt jedoch bei sehr kleinen Stromstärken im Sub-nA-Bereich an Grenzen, da dann entweder sehr kleine Spannungen oder sehr große Widerstandswerte benutzt werden müssen, was zu Problemen führt.
Daher hat sich für Kalibrierungen im Sub-nA-Bereich eine Methode durchgesetzt, die auf dem Laden eines Kondensators beruht:

Man legt an einen Luftkondensator mit der Kapazität C eine Spannung U, die sich mit einer konstanten Rate dU/dt ändert. Der dadurch erzeugte konstante Ladestrom I=C·dU/dt wird für die Kalibrierung benutzt. Die Stromstärke wird also auf die Einheiten Volt, Sekunde und Farad zurückgeführt. Mit dieser Methode gelingt es, Stromstärken zwischen 100 pA (=10^-10 A) und 100 aA (=10^-16 A) mit relativen Unsicherheiten zwischen 2·10^-5 und 6·10^-2 zu erzeugen.