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Um die Stabilität zukünftiger elektrischer Verteilungs- und Übertragungsnetze zu gewährleisten, werden echtzeitfähige Steuerungs- und Überwachungssysteme benötigt. Dazu gehört auch eine metrologisch bewertete Messtechnik für die präzise und zeitlich hochaufgelöste Erfassung der Energieflüsse, die für die Abrechnung von Energiekosten relevant sind. Die dafür erforderliche Messtechnik kann zukünftig auf digitalen, also abtast-(„Sampled Value“, SV-) basierten Technologien beruhen, wobei die zugehörigen Hochspannungssensoren und die nachgeschaltete Messelektronik zeitlich hochgenau synchronisiert sein müssen. Für die Verifikation der SV-basierten Elektrizitätszähler hat die PTB einen Messaufbau entwickelt, der auf einem als Kalibrator dienenden SV-Protokollgenerator beruht.

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Um das Phasenrauschen hochfrequenter Signale zu messen, wird das zu untersuchende Signal in der Regel mit einem rauscharmen Referenzsignal gleicher Frequenz verglichen. An der PTB wurde ein System entwickelt, das Messungen von Mikrowellensignalen mit Frequenzen von bis zu 100 GHz auf einem mit herkömmlichen Methoden nicht erreichbar niedrigen Rauschniveau ermöglicht. Dafür sorgt ein „Frequenzlineal“ im Mikrowellenbereich, das mithilfe eines Femtosekundenlasers erzeugt wird und aus einer Vielzahl äquidistanter, extrem rauscharmer Referenzsignale besteht.

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Mithilfe hyperpolarisierten Xenons lassen sich per Magnetresonanzverfahren molekulare Stoffe sehr empfindlich und genau nachweisen. In der PTB wurde ein neuer Lösungsansatz entwickelt, um solche Messungen auch quantitativ auswertbar zu machen. Das neue Verfahren ist referenzprobenfrei und plattformunabhängig.

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Eine neu entwickelte Prozessanlage in der PTB ermöglicht es, gleichzeitig mehrere kristalline Normale aus Silizium für die Kalibrierung von Rastersondenmikroskopen herzustellen. Damit können die hochwertigen Normale schneller und kostengünstiger als zuvor angeboten werden.

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Innerhalb der europäischen Forschungsprojektserie „Metrology for Earth Observation and Climate“ wurde ein neuer Referenz-Schwarzkörper entwickelt: der „Hemispherical Blackbody“.

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Optische Atomuhren sind die genauesten je gebauten Messgeräte und inzwischen zu einer Schlüsseltechnik in der Grundlagen- und der angewandten Forschung geworden, etwa zum Test der Konstanz von Naturkonstanten oder für Höhenmessungen in der Geodäsie. Am QUEST-Institut in der PTB wurde in einer Kooperation und im Rahmen des Exzellenzclusters QuantumFrontiers zum ersten Mal eine optische Atomuhr realisiert, die auf hochgeladenen Ionen basiert.

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Deutsche Produkte genießen einen hervorragenden Ruf – dank eines komplexen Systems zur Sicherung der Qualität und zum Schutz von Verbrauchern: der sogenannten Qualitätsinfrastruktur (QI). Damit dieses Qualitätsversprechen auch in einer digitalen Welt gilt, müssen die nötigen Instrumente, wie beispielsweise Kalibrierzertifikate und Hoheitszeichen, ebenfalls digital werden. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) und die Deutsche Akkreditierungsstelle (DAkkS) haben nun eine enge Zusammenarbeit für die praktische Einführung solch maschinenlesbarer Kalibrierzertifikate (DCC) mit digitalem Hoheitszeichen gestartet. Die Akteurinnen wollen damit die deutsche Wirtschaft bei ihrer digitalen Transformation unterstützen und setzen sich für europa- und weltweit einheitliche Standards in diesem Bereich ein. Dieses Projekt ist Teil der gemeinsamen Initiative QI-Digital, in der PTB und DAkkS gemeinsam mit den weiteren Partnern BAM, DIN und DKE...

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A town called Dorsten and located in the northern part of the Ruhr area is now home to a new high-pressure calibration facility for gas meters. Closed Loop Pigsar is the largest facility of its kind in Germany. It enables testing in a closed circuit and provides enhanced measurement capabilities. This facility is traceable to the national high-pressure cubic meter. The first tests for customers have already been performed. In the future, PTB is planning to use the new facility for enhanced calibration capabilities.

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Hydrogen chloride gas (HCl) occurs as an impurity in biogas/biomethane, stack emissions from combustion processes and in the air of clean rooms and is harmful to health. In particular for legally prescribed measurements, SI traceability has been a problem to this day. The first spectroscopic HCl primary standard worldwide has now been developed and metrologically validated at PTB.

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Graphene quantum Hall resistor developed and
manufactured at PTB and electrically connected
in its sample holder

Quantum Hall resistors made of graphene as primary impedance standards were optimized for AC voltage applications in a European metrology research project. They can now be operated with considerably less effort. This means that a larger number of metrology institutes and – beyond that – industrial calibration laboratories are now able to realize the units of resistance, capacitance and inductance.

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