28.11.2016
In einer ersten metrologischen Anwendung wurde der neue 1 V Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer (JAWS) der PTB zur Kalibrierung von Thermokonvertern genutzt. Dabei wurde ein Transkonduktanzverstärker des NMI Australien für die AC-DC Messungen eingesetzt.
Der neue 1 V Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer (JAWS) war bereits früher mit einem AC Quantenvoltmeter bei 250 Hz verglichen worden, wobei eine hervorragende Übereinstimmung der beiden Quantensysteme mit (+3,5±11,7).10-9 (k=1) festgestellt wurde.
Nun wurde in einer ersten metrologischen Anwendung ein Transkonduktanzverstärker eingesetzt, um für eine Thermokonverter-Kalibrierung den benötigten Strom direkt am Thermokonverter zur Verfügung zu stellen. Diese Stromentlastung ist notwendig, damit kein Strom auf der Messleitung des 1 V JAWS fließt und so einen unbekannten Spannungsbetrag zur quantisierten Spannung hinzufügt (siehe Bild). Die ersten Messergebnisse zeigen für Frequenzen von 100 Hz bis 1,25 kHz gute Übereinstimmungen mit weniger als 1.10-6 relativer Abweichung bei einer Messunsicherheit von 0,5.10-6 (k=1) [1].
Der Transkonduktanzverstärker war vom Nationalen Metrologie Institut Australiens speziell für die Stromentlastung von JAWS für Spannungen bis 10 V und den Frequenzbereich bis 10 kHz entwickelt und gemeinsam mit der PTB getestet worden. Er hat eine hervorragende Präzision im Niederfrequenzbereich, die Messunsicherheiten von unter 10-7 ermöglicht [2].
Wie schon beim Vergleich zwischen dem JAWS und dem AC-Quantenvoltmeter zeigen auch die AC-DC Messungen mit dem Transkonduktanzverstärker bei Frequenzen oberhalb von 1,5 kHz noch Differenzen. Sie werden vermutlich durch ein Übersprechen zwischen den einzelnen Ansteuerkanälen im 1 V JAWS verursacht. Der einfache Messaufbau mit dem Transkonduktanzverstärker kann jetzt genutzt werden, diesen Effekt zu untersuchen und das 1 V JAWS für höhere Frequenzen zu verbessern.
Bild: Die Abbildung zeigt den kompletten Messaufbau für die AC-DC Transfermessung mit dem 1 V JAWS, einem Umschalter (Switch), einem Synthesizer, dem Transkonduktanzverstäker, dem Thermokonverter und einem Nanovoltmeter (nV).
Veröffentlichungen:
[1] L. Palafox, R. Behr, O. Kieler, J. Lee, I. Budovsky, S. Bauer und T. Hagen, "First Metrological Applications of the PTB 1 V Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer" Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2016), Ottawa, Kanada, 10.-15.Juli 2016, DOI: 10.1109/CPEM.2016.7540602
[2] I. Budovsky and L. Palafox, "10 V Transconductance Amplifier for the Comparison of Josephson Standards and Thermal Converters" Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2016), Ottawa, Kanada, 10.-15. Juli 2016, 10.1109/CPEM.2016.7540632