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Ein neues Transfernormal für Wechselgrößen wird im Rahmen eines BMWi-Projekts im Fachbereich Energiemesstechnik entwickelt. An diesem Projekt sind zwei namhafte deutsche Gerätehersteller beteiligt. Ziel ist es, die Messunsicherheit bei der Weitergabe der Einheiten Wechsel-Leistung und -Energie an Kalibrierlaboratorien bis zu einem Faktor zehn zu reduzieren.

Die Verbesserung der gesamten metrologischen Messkette von der Primärnormalebene bis zu den Sekundärebenen in Kalibrierstellen und Industrie ist ein permanenter Prozess. Das hier angestrebte Transfernormal soll die Weitergabe der Einheiten elektrischer Wechselgrößen an die Industrie erheblich verbessern, da die aktuelle Praxis der Weitergabe Transfernormale nutzt, die überwiegend in den achtziger Jahren entwickelt wurden und nicht mehr den gegenwärtigen messtechnischen Anforderungen genügen. Die Weitergabe der Einheiten kW und kWh ist nicht nur in Deutschland, sondern in allen...

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Die derzeit erreichbaren niedrigen Messunsicherheiten von einigen 10-6 in der Leistungsmesstechnik sind den Abtastverfahren oder aber thermisch-basierten Messverfahren vorbehalten. Für die thermisch-basierten Messverfahren verfügt die PTB mit den von ihr entwickelten planaren Thermokonvertern über ideal geeignete RMS-Sensoren.

Die Ermittlung der Wirkleistung zwischen den beiden am Eingang des Multiplizierers anstehenden Wechselspannungen erfolgt über die Bestimmung des Effektivwertes der Summe und der Differenz dieser Spannungen mittels AC-DC Transfer. Zur Bildung der Summen- bzw. der Differenzspannung werden Summierverstärker und ein Inverter herangezogen, die aufgrund ihres Aufbaus sehr geringe Eigenfehler aufweisen.

Das im Bild dargestellt Design des Multiplizierers gestattet die Kompensation der statischen Eigenfehler der Summierverstärker. Diese ergeben sich zwangsläufig aus den immer vorhandenen geringen Differenzen zwischen...

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For the calibration of amperemeters traceable current sources are required. In the current range between 1 fA and 100 pA the most favourable and hence most frequently applied method relies on charging or discharging an air capacitor. A linearly increasing or decreasing voltage V is applied to an air capacitor. The resulting charging current I=C·dV/dt is used to calibrate the amperemeter.
In the past, for this purpose a voltage-ramp generator had been used which was built entirely in analog electronics. It had a very good linearity and therefore delivered a very constant calibration current, but at the expense that prior to each ramp start a period of several minutes was required to reset the integration capacitor to a defined state. This prevented the application for measurements where the dynamic behaviour of an amperemeter had to be investigated.
In order to make this feasible, a novel voltage-ramp generator has been designed which...

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A Josephson Waveform Synthesizer, developed by PTB in cooperation with NPL in Great Britain, has been used to perform an "in-situ" calibration of the sampling voltmeter which is at the heart of the PTB primary power standard for electrical power. Besides reducing the measurement uncertainty, this provides direct traceability to a quantum standard for the voltage measurements in the power standard.In the past few years precision waveforms with accuracies better than 1 part in 107 at power frequencies have been available from series arrays of shunted Josephson junctions operated as digital to analog converters with fundamental accuracy. PTB has progressed in its efforts to integrate such a Josephson waveform synthesizer into its primary power standard. The sampling voltmeter in the power standard can thus be continuously calibrated leading to a reduction in the uncertainty for the measure-ment of active, reactive and apparent power at the...

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Die Quellen hochfrequenter elektromagnetischer Felder (EMF) und damit die Exposition der Bevölkerung haben sich innerhalb der letzten 15 Jahre zunehmend verändert. Während früher hauptsächlich weit entfernt stehende Rundfunk- und Fernsehsender die elektromagnetische Umwelt der Bevölkerung dominierten, so sind es heute die Geräte der mobilen Kommunikation wie „Handys“ oder Funkgeräte der PMR-Klasse (Private Mobile Radio). Trotz der Begrenzung der Sendeleistung auf bis zu 2 Watt bei den Mobiltelefonen bzw. 0,5 Watt bei den PMR-Funkgeräten bedingt die geringe Distanz zum Benutzer eine deutlich höhere Feldbelastung als z.B. die oft angeführten Basisstationsantennen. Während man die thermischen Wirkungen von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern kennt und z.B. in Mikrowellengeräten im Haushalt ausnutzt, bleibt die Frage nach nichtthermischen Wirkungen auf biologische Systeme bisher unbeantwortet. Die PTB unterstützt daher die...

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In den vergangenen Jahren wurde die Messunsicherheit des stationären konventionellen PTB-Primärnormals für die elektrische Wechselleistung bei Frequenzen von 40 Hz bis 65 Hz und Stromstärken bzw. Spannungen von 5 A und 120 V auf einen Wert von etwa 1 µW/VA reduziert. Vergleichsmessungen mit Normalmesseinrichtungen anderer Institute erfordern aber auch ein entsprechendes Transfernormal. Derzeit kommerziell verfügbare Geräte sind wegen ihrer unzureichenden Stabilität von etwa 10 µW/VA [internationaler Vergleich CCEM-K5] dafür nicht geeignet. Daher wurde für zukünftige Vergleiche ein neues, kompaktes Transfer-normal entwickelt. Es enthält miniaturisierte Komponenten des Primärnormals und ist für die Spannungen 60 V und 120 V bei Stromstärken von 5 A und 1 A ausgelegt. Verfahrensbedingt wird eine Stabilität von wenigen µW/VA erwartet. Diese Annahme soll mit einem kürzlich fertig gestellten Prototypen verifiziert werden.

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Die PTB ist seit mehreren Jahren in einem Verbundprojekt tätig, dessen Ziel die Entwicklung von organischen Festkörperlasern ist. Die Aufgabe besteht in der Herstellung von Gitterstrukturen, die als Resonatoren für die eigentlichen Laser benötigt werden. Hierbei kommen oxidierte Siliziumwafer zum Einsatz. In die vorhandene SiO2-Schicht wird die Struktur mittels Elektronenstrahllithographie und Trockenätzprozess übertragen. Nachdem in den ersten Jahren überwiegend lineare Resonatoren untersucht wurden, sind nun 2-dimensionale Gitterstrukturen Ziel der Untersuchungen geworden. Hierbei verspricht man sich eine Absenkung der Schwellenergie für die Lasertätigkeit. Es wurden verschiedene Typen von Gitterstrukturen mit Dimensionen von 200 nm bis 500 nm gefertigt und den Projektpartnern zur Verfügung gestellt. Als Beispiel sind in den Bildern (a) bis (d) wabenförmige (a), hexagonale (b), quadratische (c) und zirkulare Gitter (d) dargestellt.


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Zinkoxid (ZnO) ist ein vielversprechendes Material für optoelektronische Schaltungen. Um Nanodrähte aus ZnO elektrisch charakterisieren zu können, wurde ein Verfahren entwickelt, statistisch verteilte Nanodrähte mittels Elektronenstrahllithographie und eines Aufdampfprozesses zu kontaktieren. Dies geschah in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Waag am Institut für Halbleitertechnik der Technischen Universität Braunschweig. Als Substrat wurden thermisch oxidierte Siliziumwafer verwendet, auf denen in einem ersten Schritt Justiermarken aufgebracht wurden. Auf diese Wafer wurden die ZnO-Nanodrähte aus einer Ethanol-Lösung abgeschieden. Diese Proben mit zufällig angeordneten Nanodrähten wurden anschließend im Rasterelektronenmikroskop (REM) abgebildet (Bild 1a) und die so erstellten Aufnahmen wurden als Grundlage für die individuelle Kontaktierung der einzelnen Drähte genommen. Die Belichtung erfolgte mit einem...

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Das Verhalten eines herkömmlichen Josephson-Kontakts kann bekanntlich mit einem nichtlinearen reaktiven Element beschrieben werden - der so genannten Josephson-InduktivitätLJ(φ), die periodisch (Periode 2π) von der Phasendifferenz φ abhängt. In dem kleinen Josephson-Kontakt, der die Tunnelung einzelner Cooper-Paare ermöglicht, ist die Phase allerdings bedeutungslos und der Kontakt lässt sich als eine Quanten-Bloch-Kapazität CB(q) mit periodischer (Periode 2e) Abhängigkeit von der Quasiladung q beschreiben. In der vorliegenden Arbeit [1] wird gezeigt, dass die elektrische Impedanz eines solchen Josephson-Kontakts im allgemeinen auch einen induktiven Term iωLB beinhaltet. Dieser Term charakterisiert die Trägheit einzelner die Barriere durchtunnelnder Cooper-Paare. Ähnlich der Bloch-Kapazität CB(q) hängt auch die Bloch-Induktivität LB periodisch von der Quasiladungq ab und ihr Höchstwert, der bei q = e(mod 2e) erreicht wird, übersteigt...

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Für die Entwicklung eines Kapazitätsnormales auf der Basis von Einzelelektronen-Schaltungen im Fachbereich 2.6 wurde damit begonnen, das Herstellungsverfahren für eine 5-Kontakt-SET-Pumpe (Single-Electron-Tunneling) auf Quarzglassubstrate zu übertragen. Die Notwendigkeit dazu ergibt sich aus den Vorteilen für den Betrieb der Gesamtschaltung durch die wesentlich kleinere dielektrische Konstante. Bei der Aufgabe, das bestehende elektronenlithographische Herstellungsverfahren auf voll-dielektrische Quarzglassubstrate zu übertragen, können die technologischen Basisschritte (z.B. PMMA/Ge/Copolymer-Dreischichtmaske, Elektronenstrahllithographie, Drei-Winkel-Bedampfung) direkt von der Prozessierung der Standard-Siliziumwafer übernommen werden. Es besteht aber ein Optimierungsbedarf aufgrund der abweichenden optischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften der eher wenig gebräuchlichen Quarzglassubstrate. Das Bild zeigt eine...

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