13.11.2012
In dem Projekt wird ein Josephson-Messsystem für Gleich- und Wechselspannungen für den Einsatz in industriellen Kalibrierlaboratorien entwickelt – ein AC-Quantenvoltmeter. Für industrielle Laboratorien werden mit dem neuen System die durch Anbindung der elektrischen Einheiten an Naturkonstanten gegebenen Vorteile verfügbar: hervorragende Messunsicherheiten und der Wegfall aufwendiger Rekalibrierungen führen zu verbesserter Leistung bei erhöhter Wirtschaftlichkeit. Das Messsystem ist für Spitzenspannungen bis ±10 V und Frequenzen bis 1 kHz ausgelegt. Damit deckt es den Bereich kommerzieller Gleichspannungsreferenzen ab und bildet gleichzeitig eine Plattform für Wechselspannungs-Präzisionsmessungen. Hierbei wird ein modulares Konzept verfolgt, dass in der Zukunft auch eine Erweiterung des Systems, bis hin zu einem Quantenkalibrator für Spannungs-, Widerstands- und Stromstärkenormale, ermöglichen wird.
Das Basismodul (DC Plattform) ist bereits fertig gestellt und in einem direkten Josephson-Spannungsnormalvergleich bei 10 V geprüft worden. Innerhalb einer Messzeit von einer Viertelstunde wurden 15 Messwerte erfasst. Im Mittel ergab sich eine Abweichung von 0,90 nV mit einer Unsicherheit des Typs A von 0,83 nV (k = 1), d.h. die relative Unsicherheit ist selbst in dieser kurzen Messzeit bereits besser als 1 ⋅ 10-10. Ein anschließender praktischer Vor-Ort-Einsatz wurde in Eichenau beim Projektpartner esz AG, einem akkreditierten Metrologielabor, durchgeführt. Dabei hatten esz Mitarbeiter Gelegenheit, eigene Geräte mit dem neuen System selbständig zu kalibrieren. Das Rückmeldungen waren durchweg positiv und haben darüber hinaus zu weiteren Ideen geführt, das Plattformsystem weiter zu verbessern (Bild). Diese Informationen sind nicht nur für die PTB wichtig, sondern auch für die Supracon AG, die als Messgerätehersteller ein weiterer Projektpartner ist.
Mittlerweile sind auch erste Wechselspannungsmessungen mit Unsicherheiten im Bereich von 10-6 bis zu Frequenzen von 100 Hz durchgeführt worden. Weitere Untersuchungen haben vor allem die optimale Synchronisierung aller Systemkomponenten zum Ziel. Dies ist notwendig, um den Frequenzbereich ohne zusätzliche Unsicherheitsbeiträge auf 1 kHz zu erweitern.
Bild: Projektpartner esz AG, Supracon AG und PTB beim Vor-Ort-Test in Eichenau.
Ansprechpartner: J. Lee
Fachbereich 2.6: Elektrische Quantenmetrologie