Verbesserung der Messmöglichkeiten für Hochohmwiderstände

Seit mehr als 20 Jahren basiert die Rückführung von Hochohmwiderständen in der PTB auf der Kalibrierung von 1-MΩ-Widerständen mittels Kryostromkomparator. Durch den Einsatz eines neuen Kryostromkomparators mit höheren Windungszahlen und verbessertem Rauschverhalten ist es jetzt auch möglich, Widerstände bis 10 MΩ zu kalibrieren. Die Kalibrierunsicherheit verbessert sich dabei um einen Faktor fünf auf 2·10^-7.

Mit dem in der PTB entwickelten 12-bit-Kryostromkomparator lassen sich nahezu beliebige Widerstandsverhältnisse kalibrieren. Schon in der Vergangenheit hat die PTB unter Verwendung eines Windungszahlverhältnisses von 1:100 die Widerstandsskala von 1 Ω bis 1 MΩ abgedeckt. Der ursprüngliche Kryostromkomparator der PTB war auf das Windungszahlverhältnis 1:100 beschränkt. Mit dem 12-bit-Komparator ist nun auch ein Verhältnis von 1000:1 möglich, dargestellt über ein Verhältnis von 4000 zu 4 Windungen. Mit diesem Verhältnis kann ein 10-MΩ-Widerstand direkt mit dem primären 10-kΩ-Normal verglichen werden. Zur Verifizierung wurde eine Dreiecksmessung unter Verwendung von Widerständen mit den Nominalwerten 10 kΩ, 100 kΩ und 10 MΩ durchgeführt (siehe Bild). Das Verhältnis 1000:1 wurde verglichen mit den Ergebnissen aus einem 10:1 Schritt (100 kΩ : 10 kΩ) und einem 100:1 Schritt (10 MΩ : 100 kΩ). Die relative Differenz der Messergebnisse für den 10 MΩ Widerstand, die auf den beiden Wegen gewonnen wurden, betrug 0,02·10^-6 und lag innerhalb der Typ-A-Unsicherheiten der Einzelmessungen (typisch 0,03·10^-6). Damit wurde der Nachweis der Zuverlässigkeit der Methode erbracht. Ein entsprechender CMC-Eintrag (CMC = Calibration and Measurement Capability, ein offizieller Nachweis für die Messmöglichkeit) wurde beim BIPM (Bureau International des Poids et Mesures) beantragt und steht kurz vor der Freigabe.

Bild: Verifizierung der Kalibriermethode durch eine Dreiecksmessung.

Fachbereich 2.1 „Gleichstrom und Niederfrequenz“