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Komparator für Induktivitätsnormale

31.12.2003

Die Darstellung und Weitergabe der Induktivitätseinheit Henry im Wertebereich von 100 µH bis 100 H und im Frequenzbereich 50 Hz bis 1 MHz erfolgt in der PTB mit Hilfe einer Maxwell-Wien Messbrücke mit sehr geringer Messunsicherheit. Die Kalibrierungen in dieser Messbrücke sind aber sehr zeitaufwändig und deshalb mit hohen Kosten verbunden. Deshalb wird daran gearbeitet, nur die Normale der PTB in der Maxwell-Wien Brücke zu kalibrieren und die Normale der Industrie mit einem 1:1 Komparator anzuschließen. Wenn gleichzeitig Kalibrierungen für DKD-Kalibrierlaboratorien zu größeren Losen zusammengefasst werden, ergibt sich ein wesentlicher Rationalisierungseffekt, weil Kalibrierungen mit der Maxwell-Wien Brücke dann nur noch in großen Intervallen durchgeführt werden müssen.

In einem ersten Schritt im Hinblick auf den Einsatz von Komparatoren wurde in Zusammenarbeit mit der Universität Gliwice in Polen ein Komparator entwickelt, mit dem im 1:1 Vergleich von 100-µH- bis 10-mH-Normalen sowie Frequenzen von 1000 Hz und 1592 Hz Messunsicherheiten von kleiner als 1 · 10-6 (k=2) erreicht werden.

Der Komparator gestattet darüber hinaus die Verwendung eines speziellen Adapters zur Reihenschaltung von Induktivitätsnormalen, so dass Reihenschaltungen mehrerer Normale mit Wertefolgen von 1-2-2-5-10 ohne zusätzliche Fehlereinflüsse möglich sind und auf diese Weise mit mehreren 1:1-Messungen ein 1:10-Aufbau durchgeführt werden kann. Zum Nachweis der geringen Unsicherheit des Komparators wurde ein 1:10 Aufbau der Induktivitätsnormale mit dem Komparator durchgeführt und mit in der Maxwell-Wien Brücke ermittelten Ergebnissen verglichen.

Beim Aufbau von 1 mH bis auf 10 mH konnte ein Übereinstimmung der Komparator-Ergebnisse mit den Maxwell-Wien Brücken-Ergebnissen von 20 · 10-6 erzielt werden. Bei einer Unsicherheit der Messergebnisse von 9 · 10-6 für 10 mH und 20 · 10-6 für 1 mH in der Maxwell-Wien Brücke und weniger als 1 · 10-6 für die sieben Einzelvergleiche mit dem Komparator liegt die gemessene Differenz innerhalb der kombinierten Unsicherheit beider Verfahren. Trotz recht konstanter Umgebungsbedingungen bei den Messungen tragen die Änderungen der Induktivitätswerte mit der Temperatur während der Vergleichsmessungen, die mehrere Tage in Anspruch nehmen, erheblich zu den gemessenen Differenzen bei. Deshalb sollen die Induktivitätsnormale zukünftig in Thermostate eingebaut werden.