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Verringerte Messunsicherheiten beim Wechsel-Gleich-Transfer

11.11.2010

Die elektrischen Einheiten sind im Internationalen Einheitensystem SI als Gleichgrößen definiert und werden als solche dargestellt und bewahrt. Wechselgrößen müssen daher zunächst zu Gleichgrößen in Beziehung gesetzt werden, um sie auf das SI rückführen zu können. Dies geschieht zwar in letzter Zeit zunehmend mit Abtastverfahren, diese sind allerdings noch auf einen engen Spannungs- und Frequenzbereich begrenzt. Für ein breites Rückführungsangebot sind daher Thermokonverter nach wie vor unabdingbar.
Wegen des auf der Umsetzung elektrischer Leistung in Joule’sche Wärme beruhenden Funktionsprinzips zeigen Thermokonverter einen quadratischen Zusammenhang zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung sowie einen eingeschränkten Dynamikbereich. Ausgehend von Thermokonvertern mit berechenbarer Transferdifferenz werden durch Aufbaumessungen die Skalen für Wechselspannung und -stromstärke dargestellt. Um z.B. zu höheren Spannungen zu gelangen, wird ein Thermokonverter bei einem Bruchteil seiner Nennspannung an ein bekanntes Normal angeschlossen. Bisher wurden dabei Spannungsverhältnisse von maximal 3:1 überbrückt. Es zeigte sich jedoch, dass mit den in der PTB entwickelten planaren Vielfachthermokonvertern durchaus 10:1 Schritte ohne nennenswerte Erhöhung der erreichbaren Messunsicherheit möglich sind. Damit konnte die Anzahl der benötigten Aufbauschritte auf maximal vier beim Spannungstransfer und maximal sieben beim Stromstärketransfer reduziert werden.
Der erweiterte Dynamikbereich der Transfernormale erlaubt zudem die Angabe eines Spannungsbereiches anstelle der bisher üblichen Nennspannung. Weiterhin ergab sich, dass der Frequenzgang der Transferdifferenz der PTB Thermokonverter so stetig verläuft, dass die bisherige sehr differenzierte Messunsicherheits-Berechnung durch Einführung von Frequenzbereichen anstelle der diskreten Frequenzen erheblich vereinfacht werden konnte. Aus dem entsprechend vereinfachten Messunsicherheits-Budget resultieren somit deutlich geringere Messunsicherheiten an den Rändern des Bereichs, für den eine Rückführung angeboten wird.
Durch das verschlankte Messunsicherheits-Budget konnte zudem das Kalibrierangebot der PTB für Wechsel-Gleich-Transfer in den CMC Listen des BIPM übersichtlicher dargestellt werden.

 

Ansprechpartner: Torsten Funck
Fachbereich 2.1:  Gleichstrom und Niederfrequenz