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Nachrichten aus dem Jahresbericht 2010

Grundlagen der Metrologie

Theoretisch sollte sich in kurzen Reihenschaltungen kleiner Josephson-Kontakte bei der Speisung durch Wechselspannung ein Plateau konstanten Stroms beobachten lassen. Analog den Shapiro-Stufen konstanter Spannung beim Spannungsstandard sollte es nur von der Frequenz der angelegten Wechselspannung abhängen. Um herauszufinden, ob und mit welchen Parametern diese Stufen beobachtbar sind, wurden...

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Untersuchungen von digitalen Signalverarbeitungsmethoden deuten auf die Möglichkeit einer genaueren Rückführung von komplex verlaufenden elektrischen Signalen auf die SI Einheiten hin. Dabei dient die Bayessche Inferenz als Werkzeug der Datenanalyse, mit dem z. B. Spektren genau ermittelt werden können. Die Genauigkeit eines solchen Verfahrens ist Gegenstand der aktuellen Untersuchungen.

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Die Eignung verschiedener Transientenrekorder für die Bestimmung der Verlustleistung an Insulated Gate Bipolar Transistoren (IGBTs) zum Einsatz in der Hochspannungs-Gleichstromübertragung wurde an einem Versuchsstand überprüft. Für den zukünftigen Einsatz solcher Messgeräte in der PTB wurden die Messunsicherheiten ermittelt und verglichen. Anhand der anschließenden Schaltversuche konnte die...

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Valenzbandmischung in Halbleiternanostrukturen hat neben den bekannten Auswirkungen auf optische und magnetische Eigenschaften auch signifikanten Einfluss auf den elektrischen Transport: Neue Arbeiten haben gezeigt, dass die Mischung von leichten und schweren Lochbändern zu einer Umkehr von Photoströmen führen kann.

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An der PTB konnte mit Hilfe eines Übertragungssystems auf Basis von Schottky-Diodenmischern erstmals die hochbitratige Übertragung von Daten bei einer Trägerfrequenz von 300 GHz demonstriert werden. Dabei wurden die digitalen Signaleigenschaften im Übertragungskanal gemessen.

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Die Anzahl der Aufbauschritte für den Wechselspannungs-Gleichspannungs-Transfer mit planaren Thermokonvertern konnte durch Ausnutzung ihres Dynamikbereichs deutlich reduziert werden. Die Messunsicherheiten im Bereich von 1 mV bis 1000 V bei Frequenzen von 10 Hz bis 1 MHz haben sich dadurch teilweise auf weniger als ein Drittel verringert. Ähnlich deutliche Verbesserungen ergaben sich beim...

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Für die Untersuchung der Molekulardynamik in Flüssigkeiten mit der Kernresonanzspektroskopie muss man die natürliche Breite der Resonanzlinien ermitteln. Hierfür wurde ein neues Verfahren entwickelt, das mit einer Helmholtzspule in Kombination mit einer Erdfeldkompensation auskommt. Mit diesem relativ geringen Aufwand wurde die Breite der Protonenresonanzlinie von Wasser von etwa einem Achtel...

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Präzisionsmessungen des elektrischen Widerstandes an Quanten-Hall-Widerständen aus der neuen Molekularstrahlepitaxie (MBE)-
Anlage zeigen eine hervorragende Übereinstimmung mit dem besten Quanten-Hall-Normal aus der konventionellen MBE-Anlage.
Für Quanten-Hall-Widerstände aus einer speziell für höchstbewegliche Materialien ausgelegten  MBE-Anlage war dies nicht erwartet worden. Die PTB sichert sich...

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Metrologie für die Wirtschaft

Bei der Gleichstrom-Energieübertragung aus Offshore-Windanlagen kommt es zu unvermeidlichen Verlusten. Um sie mit dem Ziel ihrer Begrenzung genau zu erfassen, und um für ein zukünftiges Netz von Gleichstrom-Übertragungswegen eine messtechnische Infrastruktur aufzubauen, wurde ein europäisches Kooperationsprojekt gestartet.

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Mit der Inbetriebnahme eines 4-Tor-Netzwerkanalysators bis 50 GHz sowie der Hohlleiter-Frequenzkonverter für den Frequenzbereich 50 – 325 GHz können an der PTB zukünftig Messungen von Hochfrequenz-Streuparametern bis 325 GHz durchgeführt werden.

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Mit dem Aufbau und der Inbetriebnahme eines Hohlleitermikrokalorimeters für den Frequenzbereich 33 – 50 GHz und dem Aufbau eines Transfermessplatzes für das koaxiale Leitungssystem 2,4 mm können an der PTB zukünftig rückgeführte Kalibrierungen von Hochfrequenzleistungssensoren bis 50 GHz durchgeführt werden.

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Zur Unterstützung der Forschung und Entwicklung im Bereich Energiemesstechnik ist die präzise Messung von Gleichstromstärken bis zu 100 A notwendig. Die bisher vorhandenen Messmöglichkeiten ließen dies nur eingeschränkt zu. Der Ersatz von Strommesswiderständen durch Gleichstromwandler erlaubte es nun, die Messun­sicher­heit um einen Faktor drei zu verbessern.

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Metrologie für die Gesellschaft

In Zusammenarbeit zwischen dem Institut für theoretische Elektrotechnik (TET) und der PTB wurde ein neuartiges Konzept zur hochgenauen Darstellung elektrischer Leistung entwickelt, das den direkten Bezug einer Wechselgröße auf eine Gleichspannungsrefenz ermöglicht. Durch den verwendeten Kodier-Algorithmus können zudem hohe Genauigkeiten bei sehr niedrigen Schaltraten erreicht werden.

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Um Feldstärkemessungen in Zukunft auch in dem immer stärker kommerziell genutzten Terahertz-Frequenzbereich durchführen zu können, wurden an der PTB Feldstärkesensoren für Frequenzen zwischen 40 GHz und 300 GHz entwickelt, hergestellt und charakterisiert.

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Im Rahmen des von der EU geförderten europäischen Metrologie-Forschungsprogramms EMRP wurde ein Projekt gestartet, das dazu beitragen soll, bisher ungenutzte Energieressourcen mittels spezieller Generatoren optimal auszunutzen („Energy harvesting“). Dazu werden neue Materialien und Mechanismen erforscht, u.a. im Bereich Nanotechnologien, und die Effizienz solcher Generatoren wird auf eine...

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Internationale Angelegenheiten