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Die Bestimmung der Temperatur- und Wärmeleitfähigkeit an einem Punkt ist für vielfältige Anwendungen in der Ma-terialanalyse von entscheidender Bedeutung. Bislang war es schwierig Temperatur- und Wärmeeffekte in diesem Größenbereich genau zu bestimmen. Durch das neue in der PTB entwickelte System, dem Hotpoint-Sensor kann die Messsonde flexibel an die jeweilige Messanforderung angepasst werden. Aufgrund des geringen Platzbedarfs lassen sich erstmals auch Messungen an kleineren Ob-jekten mit geringen Dimensionen realisieren.

Die Vermessung von optisch schlecht reflektierenden Flächen mit geringer Messunsicherheit ist eine Herausforderung bei der Herstellung von fokussierenden Radioantennen. Eine konkrete Anwendung ist die Herstellung von astronomischen Großteleskopen für Mikrowellenstrahlung. Eine gut geeignete Methode dafür ist die optische-taktile Verwendung von Lasertracern mit Retroreflektoren. Die exakte Position der als Retroreflektor wirkenden Glaskugel wird mittels der PTB-Erfindung durch zwei multispektrale Abstandssensoren mit hoher Genauigkeit bestimmt.

Derzeit werden Ebenheitsmessungen hauptsächlich mit teuren Autokollimatoren oder Interferometern realisiert. Die PTB-Erfindung „Tiltmeter-EADS“ (Exact Autocollimation Deflectrometric Scanning) ermöglicht die Vermessung der Oberflächentopografie großer Flächen ohne solche komplexen optischen Systeme. Der vereinfachte Aufbau der PTB-Technologie verwendet einen Autokollimator lediglich als Nullinstrument, während die eigentliche Messung bzw. die Neigungsbestimmung des Probentisches über ein Tiltmeter ausgeführt wird. Damit greifen die Forscher auf einfachere Komponenten zurück, um schnellere und präzisere Messergebnisse zu erhalten. Der neue Aufbau ermöglicht zudem eine Kostenreduktion gegenüber herkömmlichen Systemen.

Die heutige Rasterkraftmikroskopie beziehungsweise atomic force microscopy, kurz AFM, steht vor der Herausforderung dreidimensionale Strukturen zuverlässig zu messen. Bisher funktioniert das nicht ganz fehlerfrei: handelsübliche Kantilever, das ist die Messnadel eines AFM, reagieren unausgeglichen, wenn sie Kräften der drei Raumdimensionen ausgesetzt sind. Forscher der PTB lösen dieses Problem mit neuen Kantilevern: diese reagieren dank ihrer neuen Struktur sensitiver bei dreidimensionalen Einflüssen und rutschen nicht beim Rastern von Schrägen unterschiedlicher Steigungen.

Magnet-Längenmesssysteme und damit magnetische Maßstäbe werden zur Positions- und Winkelmessung in verschiedenen Technologiebereichen eingesetzt, beispielsweise in Werkzeugmaschinen. Die PTB-Erfindung ermöglicht nun magnetische Maßstäbe kostengünstig und bei hoher Präzision herzustellen. Wesentliches Element ist eine Strukturierung mittels Lasermaterialbearbeitung. Dadurch entstehen sehr scharfe Übergänge, die eine höhere Messgenauigkeit gestatten; herkömmliche Verfahren erzeugen hingegen Übergangsbereiche mit schwächeren Gradienten.

In modernen Tieftemperatursystemen werden zunehmend „trockene“ Kryostate verwendet, die im Vakuum, allein durch direkten thermischen Kontakt, kühlen. Kabel und elektrische Leitungen können dabei den Kühlprozess behindern. PTB-Forscher entwickelten deshalb eine neue Konstruktion zur thermischen Kontaktierung von Flachbandkabeln. Wärmeflüsse, die über die Zuleitungen zu einem Sensor gelangen, können mit der neuen Technologie minimiert werden. Das ist besonders hilfreich bei einer Temperatur unter 4 Kelvin. Durch die einfache Idee der PTB-Forscher wird eine gute thermische Kontaktierung erreicht. So kann der Wärmefluss abgeleitet werden, bevor er einen Sensor erreicht. Die Klemmung besteht aus zwei identischen Andruckplatten, die durch Verschiebung in ihrer Kanalhöhe angepasst werden können.Das System entledigt sich jeglicher Zwischenräume und garantiert dadurch eine geringe thermische Impedanz. Es ist kompakt gebaut und kann sicher im Vakuum betrieben werden. Außerdem ist es leicht über Schrauben zu lösen und kann mehrfach wiederverwendet werden.

Akustooptische Modulatoren (AOM) dienen zur Modulation der Frequenz und Intensität von Laserstrahlung. Verläuft der Strahl zweimal durch den AOM wird eine Verdopplung der Frequenzverschiebung bei gleichzeitig guter Unterdrückung der primären Strahlfrequenz ermöglicht. Diesen Aufbau nennt man Double-Pass-Anordnung. Das neue PTB-Design verwendet eine spezifische Faltung des Strahlengangs für die Verwendung im ultravioletten Spektralbereich. In dem Design werden gleichzeitig zwei Nachteile herkömmlicher UV-Double-Pass-Anordnungen eliminiert, in dem hier kein Strahlenfokus in der Nähe einer Spiegeloberfläche liegt und der Gesamtaufbau zudem äusserst kompakt realisiert ist.

Bei der Radiusmessung von Sphärensegmenten stellt die thermische Ausdehnung der Messapparatur einen sehr großen und die Unsicherheit beschränkenden Einflussfaktor dar. Das neue PTB-Verfahren für die interferometrische Messung von Sphärensegmenten kompensiert solche Unsicherheiten durch Kombination eines Distanz-messenden Interferometers (DMI), das die Position der zu vermessenden Oberfläche von der Rückseite aus vorbestimmt, und den Phaseninformationen des Fizeau-Interferometers, das die Abstandsinformation direkt, aber nur modulo der halben Wellenlänge registriert.

Zur Messung der Maßhaltigkeit von gewalzten Produkten (Folien, Blechen usw.) werden im Produktionsprozess zur Erfassung von Stärken im Bereich von 5-30 μm verschiedene Verfahren benutzt. Die derzeitig besten optischen Verfahren kommen dabei auf eine Messunssicherheit > 1 μm. Für Spezialfolien und weitere Anwendungen werden jedoch wesentlich geringere Messunsicherheiten vom Markt gefordert. Das Verfahren integriert Mehrwellenlängeninterferometrie in bestehende Lasertriangulationsbasierte Sensoriken, um durch einen Korrekturpfad und über zusätzliche Phaseninformationen die Messunsicherheit auf 0,1 μm zu senken.

Zur Messung von hohen Spannungen im Bereich von 200 kV müssen Spannungsteiler verwendet werden. Sie teilen große Spannungen in kleinere Spannungen auf, die erst dann vermessen werden können. Dabei bestimmt der Teilungsfaktor die Signalgröße und muss durch regelmäßiges Kalibrieren an nationalen Normalen präzise bestimmt werden. Forschern der PTB ist es gelungen einen sich selbst rückführbaren Spannungsteiler zu entwerfen, der flexibel in Prüflaboratorien einsetzbar ist. Der operative und zeitliche Aufwand, der durch den Einbau und Transport zu einem Metrologieeinstitut entsteht, kann durch dieses Verfahren eingespart werden.

Zur Kalibrierung von vektoriellen Netzwerkanalysatoren werden häufig stützenlose koaxiale Luftleitungen eingesetzt. Die PTB hat für diese Anwendung mit der Firma Rosenberger das Prinzip eines koaxialen Kupplers mit einer verschiebbarer Außenleiterführung derart umgesetzt, dass eine visuelle Überprüfung der Innenleiter während der Verbindung möglich ist. Dadurch ist eine einfache und sichere Handhabung in bestehenden Messroutinen gegeben.

Die Durchflussmesstechnik benötigt für Prüf- und Kalibrierstände exakte Fluidantriebe, die kontinuierlich konstante Volumenströme erzeugen können. Die neue PTB-Technologie besteht aus zwei geschickt synchronisierten Kolbensystemen, die einen pulsationsfreien und konstanten Fluidstrom bilden können. Der Durchfluss ist außerdem problemlos und schnell variierbar. Durch optische Positionsbestimmung ist die Fördermenge zu jeder Zeit exakt bekannt und der benötigte Betriebsdruck kann ohne Regelventile erreicht werden. Das erlaubt eine Reduzierung des Bauraums, führt zu geringeren Kosten und spart Platz.

Die Erfindungen beschreiben ein Verfahren zur sehr schnellen Messung von Temperaturleitfähigkeit in flüssigen und gasförmigen Medien und deren Strömungsgeschwindigkeit. Ziel der Erfindungen ist es, in gasförmigen strömenden Medien, die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums und über die Temperaturleitfähigkeit des Gases die Gaszusammensetzung zu bestimmen - also evtl. zukünftig den beigemischten Biogasanteil in Smart-Metern zu ermitteln.