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In der Hochfrequenz-Leistungsmesstechnik wird die Kalibrierung von thermischen und Dioden-Leistungsmessköpfen, durch deren Einsatz die Leistungsmessung in industriellen Anwendungen fast vollständig abgedeckt wird, durch direkten Vergleich (Außenvergleich) mit Thermistor-Leistungsnormalen durchgeführt, wobei letztere in Mikrokalorimetern der PTB durch Bestimmung des effektiven Wirkungsgrades kalibriert werden. Da die Kalibrierung von Thermistor-Leistungsnormalen durch Kalorimetermessung extrem aufwändig und zeitintensiv ist, stellt der Außenvergleich eine kostengünstige und effiziente Alternative unter Inkaufnahme geringfügig größerer Messunsicherheiten dar.
Als Kenngröße eines Leistungsmesskopfes wird der Kalibrierungsfaktor ηcal angegeben. Er ist als Verhältnis zweier Leistungen definiert, die auf den Messkopf bei einer MHz-Referenzfrequenz und bei der GHz-Messfrequenz eingestrahlt werden und die dabei an einem zugehörigen Grundgerät...

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Bei Wechselspannungsprüfungen von Betriebsmitteln der elektrischen Energieversorgung wird häufig der Scheitelwert der Prüfspannung gemessen, da dieser für den Über- bzw. Durchschlag von Hochspannungsisolierungen bei Kurzzeitbeanspruchung maßgebend ist. Der Effektivwert ist dagegen bei der Langzeitbeanspruchung und für Messwandler, die zur Messung des Energieverbrauchs Verwendung finden, die geeignetere Messgröße. Eine weitere Messgröße ist der Oberschwingungsgehalt (Frequenzspektrum) der Prüfspannung, mit dem die Abweichung der netzfrequenten Hochspannung von der idealen Sinusschwingung charakterisiert wird. Zur Kalibrierung von Hochspannungsmesssystemen für diese Größen wurde die Eignung einer neuen hochgenauen Messeinrichtung mit digitaler Datenverarbeitung untersucht [1]. Sie ist im wesentlichen aus drei Komponenten aufgebaut: einem Druckgaskondensator der Bauart nach Schering und Vieweg für die verschiedenen Spannungsbereiche bis...
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Der Phasenwinkel zwischen zwei sinusförmigen Messsignalen kann, neben anderen Verfahren, durch Abtastung und anschließende Fouriertransformation (DFT) bestimmt werden. Dabei werden bei dem Heterodynverfahren die Messsignale vor der Abtastung moduliert, was bei höheren Messfrequenzen Vorteile gegenüber einer direkten Abtastung bietet. Die beiden Messsignale uN und uX werden mit einem sinusförmigen Hilfssignal uHmit geringem Frequenzunterschied analog multipliziert. Gemäß den Additionstheoremen trigonometrischer Funktionen ist das Ausgangssignal eines Multiplizierers eine Überlagerung zweier sinusförmiger Schwingungen. Der Schwingungsanteil mit der Differenzfrequenz wird mittels Tiefpassfilter ausgekoppelt. Das Messverfahren ist im Bild 1 dargestellt.


Bild 1: Schematischer Aufbau des Messverfahrens

Die an den Ausgängen der Filter alternierend abgetasteten Signale sind nunmehr in der Amplitude und in der Zeit skaliert, wobei der...

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Durch die Optimierung der geometrischen Parameter ist es gelungen, eine Momentenmessspule aufzubauen, die eine bessere Homogenität als die bisher übliche Helmholtzanordnung besitzt und die gleichzeitig unempfindlich gegen äußere Felder ist. Dadurch wird es möglich, Messungen kleiner magnetischer Momente außerhalb von teuren magnetischen Abschirmkabinen durchzuführen.
In der Industrie und in Messlaboratorien ist eines der üblichen Verfahren zur Charakterisierung von Dauermagneten die Messung in einer Momentenmessspule. Diese besteht gewöhnlich aus zwei ringförmigen Wicklungspaketen in Helmholtz-Anordnung, d.h. zwei im Abstand ihres Radius koaxial montierten Spulen. Die Messungen in diesen Systemen werden sehr empfindlich von externen Streufeldern beeinflusst. Sie können daher nur in teuren und Platz raubenden Abschirmkabinen oder in großem Abstand zu jeglichen magnetischen Störquellen eingesetzt werden. Zusätzlich weisen sie einen relativ...

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Simulationsrechnungen belegen die hohe Fehlertoleranz des an der PTB entwickelten ultraschnellen Programmierverfahrens für magnetische Speicherchips (MRAM).
Kürzlich wurde an der PTB die ballistische Bitansteuerung vorgeschlagen, ein Verfahren, mit dem magnetische Speicherchips (MRAM für Magnetic Random Access Memory) mit sehr hoher Taktrate im GHz-Bereich betrieben werden können. In weiterführenden theoretischen Untersuchungen konnte nun gezeigt werden, dass die ballistische Bitansteuerung nicht nur ein schnelles Programmieren der MRAM Zellen ermöglicht, sondern auch eine große Fehlertoleranz der Programmierpulse erlaubt. Dabei ergab sich, dass selbst eine Variation der Pulsamplitude um bis zu ± 32 % noch ein zuverlässiges und schnelles Programmieren der magnetischen Speicherzelle ermöglicht [1]. Diese große Toleranz gegenüber Variationen der Programmierparameter ist ein entscheidender Faktor für die industrielle Anwendung der Methode.
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Um die Form von Pikosekunden-Spannungsimpulsen zu messen, die sich auf koplanaren Leiterbahnstrukturen ausbreiten, nutzt man gewöhnlich den Pockels-Effekt, den bestimmte, so genannte elektro-optische Materialien zeigen. Hierbei hat man die Möglichkeit, einen externen elektro-optischen Kristall (´Prober´) auf die Leiterbahn zu setzen. Alternativ kann man das Substrat der Leiterbahn selbst verwenden, falls dieses einen elektro-optischen Effekt aufweist. Das elektrische Feld des Spannungsimpulses ändert nun über den Pockels-Effekt den Brechungsindex des elektro-optischen Materials. Diese Brechungsindexänderung kann mit einem optischen Strahl ausgelesen werden und ist proportional zum elektrischen Feld des Spannungsimpulses. Der externe Prober verändert allerdings die Ausbreitungskonstante der Wellenleitung. Zusätzlich treten Reflektionen des Spannungsimpulses an den Grenzflächen auf. Als Konsequenz wird der Spannungsimpuls verzerrt. Bei...

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In Zusammenarbeit mit Prof. Schmid vom Strahlenbiologischen Institut der Ludwig-Maximilians-Universität München wurden erste Versuche zur Feldexposition biologischer Proben in einer µTEM-Zelle durchgeführt (siehe Bild 1). Dabei wurde der Einfluss von Hochfrequenzfeldern bei 835 MHz mit definierter Feldstärke auf die Entwicklung einer Mensch-Hamster-Hybridzelllinie untersucht. Mit Hilfe eines sehr detaillierten Computermodells des Versuchsaufbaus wurde die spezifische Absorptionsrate der Proben bestimmt (siehe Bild 2).


Bild 1: Foto der oben geöffneten µTEM-Zelle mit eingebrachtem Probenbehälter zur Feldexposition biologischer Proben.


Bild 2: 3D-Computermodell zur Berechnung der Feldverteilung bzw. der spezifischen Absorptionsrate (SAR) innerhalb des in rot dargestellten Nährfluids. Die Zellkultur ist als Monolayer auf dem Objektträger einer nahezu gleichmäßig verteilten SAR ausgesetzt, da das umgebende Fluid für eine Homogenisierung...

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Zur Messung von schnellen elektrischen Signalen mit Bandbreiten im hohen GHz Bereich werden heutzutage hauptsächlich Sampling-Oszilloskope verwendet. Für zuverlässige Messungen muss das Zeitverhalten der Oszilloskope genau bekannt sein. Dies ist insbesondere wichtig, wenn das zu messende Signal eine Bandbreite ähnlich der des Oszilloskops aufweist. Typischerweise spezifiziert man das Zeitverhalten und damit auch die Schnelligkeit eines Oszilloskops mit der 10 % zu 90 % Anstiegszeit der Sprungantwort, die die Antwort des Geräts auf einen perfekten, unendlich schnellen Spannungssprung darstellt.
In Europa besitzen nur die PTB und das britische National Physical Laboratory (NPL) optoelektronische Messaufbauten, die zur genauen Bestimmung der Anstiegszeit von ultraschnellen Sampling-Oszilloskopen verwendet werden können. Aus diesem Grund haben sich die PTB and das NPL zu einem Pilotvergleich (EUROMET Projekt 641) entschlossen, in dem die...

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Das Prinzip der Wechselspannungs-Temperaturmessbrücken

Die Widerstandsthermometrie benötigt neben dem Widerstandsthermometer einen Normalwiderstand und eine Messbrücke. Die präzisesten Temperaturmessbrücken ermitteln das Verhältnis aus Thermometerwiderstand RT und Normalwiderstand RS bei niedrigen Messfrequenzen von einigen 10 Hz mit Auflösungen bis hinab zu einigen 10-9. Der von der Temperaturmessbrücke TB (siehe Bild 1) generierte Messstrom Im wird durch die in Serie geschalteten Widerstände RT und RS geleitet und verursacht die Spannungsabfälle UT = Im•RT und US = Im•RS. Der Messwert A, behaftet mit der Messabweichung Δ, wird aus dem Verhältnis der Spannungsabfälle UT und US ermittelt:

Zur rückführbaren Kalibrierung (d.h. zur Bestimmung der Meßabweichung Δ an einigen diskreten Punkten der Übertragungsfunktion f ) derartiger Messbrücken wurde ein Brückennormal entwickelt und aufgebaut, mit dem sich ausgewählte...

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Zur Ermittlung der Fehlerterme vektorieller HF-Netzwerkanalysatoren (VNA) im 7-Term-Fehlermodell wird häufig das LRL- oder TRL-Kalibrierverfahren (Line-Reflect-Line bzw. Through-Reflect-Line) als Präzisionkalibrierverfahren angewandt. Die in den kommerziellen LRL- bzw. TRL-Kalibriersätzen vorhandenen Kalibrierelemente sind aber nicht ideal: Bei Durchverbindungen (Through) und den benutzten Luftleitungen (Lines) können Übergangswiderstände, HF-Verluste, Stufen in der Querschnittsgeometrie und Fremdkörper Änderungen ihrer Reflexions- und Transmissionseigenschaften gegenüber dem Idealzustand hervorrufen. Ferner können die Reflexionsfaktoren der Reflects ungleich groß sein. Die Annahme idealer Kalibrierelemente bei der geräteinternen Auswertung führt dadurch zu Abweichungen der errechneten Fehlerterme von ihrem wahren - durch die VNA-Hardware definierten - Werten und damit zu Messabweichungen der S-Parameter der Objekte, die nach der...

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