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Patente nach Kategorie


Messeinrichtung für ultrapräzise Kugeln

Bei einem der Verfahren zur Neudefinition des Kilogramms werden hochreine Kugeln aus Siliziumeinkristallen verwendet (Avogadro-Projekt). Zur Fertigungsüberwachung der Kugeln wurde ein neues Interferometer entwickelt. Die neue Messapparatur der PTB besteht aus zwei getrennten Interferometern zur Längenbestimmung, die die Kugel aus zwei genau gegenüberliegenden Positionen vermessen. Durch eine Drehung der Kugel wird das Durchmesser-Profil am Äquator bestimmt und Formfehler im unteren nm-Bereich erkannt. Das Verfahren ist zuverlässig und kostengünstiger als bestehende Systeme und führt zu schnellen Messergebnissen.

PTB-Zeichen: 0447

Impulsgeneratorschaltung mit hoher Pulswiederholrate

Für vielfältige Anwendungen in der Ansteuerung von z.B. elektrooptischen Geräten wie Diodenlasern oder Pockelszellen werden heutzutage Pulsgeneratoren benutzt, die sehr kurze Pulse (z.B. 10ns) und Spannungen von mehreren 10-100 Volt erzeugen. Deren Wiederholfrequenz ist derzeitig auf einige MHz begrenzt. Die neue PTB-Erfindung erhöht durch einen speziellen Schaltungsaufbau die Pulswiederholrate erheblich: Mehrere identische Pulsgeneratoren werden in einer festen Abfolge periodisch eingesetzt und durch eine separate Einheit angesteuert. Außerdem ist eine Synchronisation auf ein externes Hochfrequenz-Signal möglich, das beliebig wählbar ist und auf die Phasenlage abgestimmt werden kann.

PTB-Zeichen: 0457

Verbesserung des Point-Bridge-Verfahrens

Der effektive Radius zwischen einer Wärmequelle und eines Thermosensors folgt keiner Konstanten. Messungen an Prüflingen mit einer großen Wärmeleitfähigkeit zeigen, im Gegensatz zu Prüflingen mit kleiner Wärmeleitfähigkeit, einen unterschiedlichen effektiven Radius, was zu unerwünscht großen Messunsicherheiten führt. Beim neuen miniaturisierten Messsensor der PTB ist deswegen das Heizelement und der Temperatursensor voneinander getrennt. Dabei umgibt eine spiralförmige Struktur das Thermoelement (s. roter Punkt im Bild) von mindestens zwei Seiten. Dadurch entsteht ein homogenes Wärmefeld um den Sensor, was zu einer geringeren Messunsicherheit führt.

PTB-Zeichen: 0458

Pikonewton-Transferstandard

Bei taktilen Messungen im nm-Bereich (z.B. Rasterkrafmikroskopie) müssen senkrechte Auslenkungen des Cantilevers beim Abtasten der Testoberfläche mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Der neue PTB-Prüfkörper für kleine Kräfte erfüllt diese Anforderung. Er besteht aus einer Referenzoberfläche mit definierter Lücke, unter der ein, über eine MEMS-Einheit, gesteuerter Stempel angebracht ist. Zur Kalibrierung, die ohne elektronische Ansteuerung funktioniert, fährt die zu untersuchende Testspitze über die Oberfläche und Vertiefung. Nicht nur Rasterkraftmikroskope, sondern auch andere Tastschnittmessgeräte mit Steifigkeiten im Bereich 1 mN/m bis zu 25 kN/m können mit dem neuen Kraft-Transfernormal kalibriert werden.

PTB-Zeichen: 0459

Ultraschallpegelmesssystem

Die Zahl der deutschen Arbeitsplätze, an denen mit Ultraschall gearbeitet wird, ist durch den zunehmenden Einsatz von Ultraschallreinigungsanlagen, Schweiß- und Schneidemaschinen stetig steigend. Um zu der gesetzlich geforderten Gefährdungsbeurteilung dieser Arbeitsplätze zu gelangen ist es erforderlich den Lärm an diesen Arbeitsplätzen zu messen und zu beurteilen. Derzeitige Messmethoden sind hier ungenügend. Das Ultraschallpegelmesssystem ist für den mobilen Einsatz ausgelegt und entspricht den Bedingungen an den praktischen Einsatz an Arbeitsplätzen und ermöglicht gleichzeitig eine rückführbare Messung.

PTB-Zeichen: 0462

Aerosole vollständig homogen nach nur kurzer Vermischungsstrecke

Herkömmliche Mischvorgänge aerosoler oder fluider Medien z. B. in der Abgasmesstechnik werden derzeit durch eine seitlich zur Strömungsstrecke eingespeisten Einströmung erreicht. Dabei wird eine homogene Vermischung erst durch lange Wegstrecken im Strömungskanal erreicht. Durch den neuen PTB-Einbau (s. Bild) reduziert sich diese Vermischungsstrecke, wodurch Materialkosten und Platz gespart werden können. Außerdem kann jetzt eine vollständige Durchmischung zweier Ströme ohne Bildung von Grenzschichten ermöglicht werden.

PTB-Zeichen: 0472

Optische Charakterisierung von Mikropartikeln

Größenverteilungen von Mikropartikeln oder ihr wellenlängenabhängiger Brechungsindex können bisher nur durch größeren Aufwand bestimmt werden. Das neue PTB-Verfahren vereinfacht die Messung: Aus dem Transmissionsspektrum von Partikeln in Suspensionen, Emulsionen oder Aerosolen wird der spektrale Extinktionsquerschnitt abgeleitet und anschließend mittels eines mathematischen Auswerteverfahrens analysiert. Mit einer einzigen Transmissionsmessung an festen oder flüssigen Mikropartikeln ermöglicht das Verfahren die gleichzeitige Bestimmung der der Größenverteilung, der Konzentration und des spektralen Brechungsindex‘ von Partikeln, mit dem sich die chemische Zusammensetzung analysieren lässt.

PTB-Zeichen: 0474

Kleinstdurchflüsse messen

Zur Kalibrierung von kleinen Durchflüssen (<0,1 ml/min) wird in der PTB ein Kolbensystem zur volumetrischen Durchflussbestimmung aufgebaut, bei dem   oberhalb der Dichtung des vertikal verfahrenden Kolbens eine Flüssigkeit mit geringem Dampfdruck eingebracht werden kann.

Die bei diesem Messprozess üblicherweise entstehenden Unsicherheiten durch thermische Einträge werden minimiert. Ein optischer Kanal (grün) ermöglicht über die Detektion der Höhe des Flüssigkeitspegels in zwei Sichtfenstern zusätzlich das Aufspüren von Undichtigkeiten im System. Durch dieses neue Verfahren zur Kalibrierung von Gasdurchflussmessgeräten werden so geringere Unsicherheiten erzielt.

PTB-Zeichen: 0499

Mobiler Messstand für Röntgenstrahlerprüfungen

Röntgenstrahler müssen während der Entwicklung, der Zertifizierung und zur Qualitätskontrolle auf ihre Gehäusedurchlassstrahlung überprüft werden, wobei der unerwünschte Austritt von Strahlung (bei abgedecktem Nutzstrahl) der entscheidende Parameter ist.

Für ihre eigene, gesetzliche Aufgabe der Bauartprüfung hat die PTB einen mobilen Messstand für die Prüfung von Röntgenstrahlern aufgebaut. Mit diesem Messstand können vor Ort zuverlässige Dosisleistungsmessungen in einem festen Abstand von 1 m vom Brennfleck einer Röntgenröhre durchgeführt werden.

PTB-Zeichen: 7025

Streifenelektrode für die Messung von Oberflächenwiderständen in Übereinstimmung mit IEC 60079-32-2

Die neue Streifenelektrode der PTB dient dazu, Oberflächenwiderstände in Übereinstimmung mit der relevanten Norm IEC 60079-32-2 zu messen. Der Oberflächenwiderstand gilt als ein wichtiger Parameter zur Beurteilung der elektrostatischen Aufladbarkeit von Bauteilen und Prozessen im Explosionsschutz. Lassen sich diese elektrostatisch aufladen, kann es zu Beschädigungen durch elektrostatische Entladungen und im schlimmsten Fall zur Zündung von explosionsfähigen Atmosphären kommen. Die Bestimmung von Oberflächenwiderständen wird in dem Ringvergleichsprogramm „Electrostatic Charge“ („EC“) des PTB Ex Proficiency Testing Scheme behandelt und ist entsprechend IECEx obligatorisch. Die Elektrodenneukonstruktion der PTB vereint die Vorteile verschiedener marktgängiger Konzepte und zielt auf eine sichere, anwenderfreundliche Lösung, die genaue und reproduzierbare Ergebnisse entsprechend der Anforderungen liefert.

PTB-Zeichen: 7062

Transfernormal zur Kalibrierung von Höchstfrequenzelektronik und für den Einsatz in der Wellenformmetrologie

Die Kalibrierungen von Höchstfrequenzelektronik, wie z. Bsp. ultraschnelle Photodioden oder High-End-Osziloskopen, mit einer Bandbreite von bis zu 100 GHz für IKT-Anwendungen werden routinemäßig an einem Primärnormal in der PTB im Kundenauftrag durchgeführt. Hierzu müssen die hochpreisigen Systeme in die PTB verbracht werden. Eine direkte Prüfung in den Zwischenzeiträumen ist gegenwärtig durch Anwender und Hersteller solcher Systeme nicht möglich. Die PTB hat jetzt ein schuhkartongroßes Spannungspulsnormal entwickelt, dessen Emissionseigenschaften an dem Primärnormal kalibriert und dann in einer Datenmatrix abgelegt werden. Damit ist der Einsatz eines rückgeführten Pulsstandards, z. Bsp. für die Vermessung der Übertragungseigenschaften der 100 GHz Systeme auch am Ort des Anwenders oder Herstellers möglich. Dieses System kann als Transfernormal eines Pulsgenerators mit Frequenzkomponenten deutlich jenseits von 100 GHz betrachtet werden. Es ermöglicht eine erhöhte Messrichtigkeit bei den Anwendern, ohne die typischerweise jährliche Primärkalibrierung, überflüssig zu machen. Konzeptbeschreibung, Stücklisten und Layout-Diagramme können über eine Lizenz erworben werden.

PTB-Zeichen: 7093

Sensor zur Messung der richtungsabhängigen Wärmeleitfähigkeit

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.

PTB-Zeichen: 8264

Abstandssensor für Lasertracer-Kugel

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.

PTB-Zeichen: 0492

Effizientere Ebenheitsmessung durch das Tiltmeter-EADS

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.

PTB-Zeichen: 0438

3D-AFM: Verbesserte 3D-Empfindlichkeit

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.

PTB-Zeichen: 0476

Laserstrukturierter magnetischer Maßstab

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.

PTB-Zeichen: 0491

Klemmvorrichtung zur thermischen Kontaktierung von Flachbandleitungen bei tiefen Temperaturen

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.

PTB-Zeichen: 0483

Kompakter UV-Double-Pass-AOM

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.

PTB-Zeichen: 0505

Radius-Vorwärtsmessung

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.

PTB-Zeichen: 0506

Dickenmessvorichtung zur Messung einer Dicke flacher Werkstücke und zugehöriges Verfahren

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.

PTB-Zeichen: 0482

Spannungsteiler mit eigener Rückführung spart Zeit

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.

PTB-Zeichen: 0484

Koaxialer Kuppler mit verschiebbarer Außenleiterführung

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.

PTB-Zeichen: 0477

Wärmeleitfähigkeit metallischer Proben

Die Vermessung der thermischen Leitfähigkeit kleinster Stoffmengen stellt eine Herausforderung dar. Die neue PTB-Erfindung erreicht durch vier zusammengeschaltete Sensorelemente eine empfindliche Messbrücke, die vollständig innerhalb des Temperaturfeldes der Probe angeordnet ist. Mit diesem Design ist es nunmehr auch möglich kleinste Stoffmengen mit metallischen Eigenschaften auf ihre Wärmeleitfähigkeit zu untersuchen. Das Verfahren ist im Bereich der Materialentwicklung und -forschung von Interesse.

PTB-Zeichen: 0390

Pulsationsfreier Antrieb für arbiträre Fluidströme

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.

PTB-Zeichen: 0430

Sensor zur Messung der Temperaturleitfähigkeit in strömenden Medien

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.

PTB-Zeichen: 8344