Nachrichten aus dem Jahresbericht 2020

Der erste internationale Vergleich in der ultraschnellen elektrischen Wellenformmetrologie konnte erfolgreich abgeschlossen werden. Dazu wurde die Zeit- und Frequenzantwort einer Photodiode mit einer nominellen Bandbreite von 100 GHz an vier Metrologieinstituten gemessen und miteinander verglichen. Generell wurde eine gute Übereinstimmung zwischen den unterschiedlichen Ergebnissen erreicht. Jedoch...

Seit mehr als 20 Jahren basiert die Rückführung von Hochohmwiderständen in der PTB auf der Kalibrierung von 1-MΩ-Widerständen mittels Kryostromkomparator. Durch den Einsatz eines neuen Kryostromkomparators mit höheren Windungszahlen und verbessertem Rauschverhalten ist es jetzt auch möglich, Widerstände bis 10 MΩ zu kalibrieren. Die Kalibrierunsicherheit verbessert sich dabei um einen Faktor fünf...

Für die Kalibrierung von Brückennormalen für die Dehnungsmessstreifen-Messtechnik wurde ein neuer Kalibrierteiler für den Nennwertbereich von 20 mV/V bis 100 mV/V entwickelt. Dieser ermöglicht eine stabilere und zeitsparende Kalibrierung bei Handmessungen sowie die Verwendung des vollautomatisierten Brückennormal-Messplatzes der PTB. Für diesen Zweck wurde die Messplatz-Software erweitert und in...

Die PTB hat eine Gyratorschaltung entwickelt, welche als „elektronisches Induktivitätsnormal“ konventionelle Normale bei Kalibrierungen von LCR-Metern ersetzen kann, wenn nur geringere Anforderungen an die Messunsicherheit bestehen. Gleichzeitig erweitert der Einsatz der Gyratorschaltung den Messbereich.

Die PTB hat den Nachweis erbracht, dass auf kommerziellen Substraten gefertigte On-Wafer-Kalibrierstrukturen als Transfernormale für Referenzkalibrierungen verwendet werden können. Damit wird für planare Streuparametermessungen erstmalig eine Anbindung an industrielle Anwendungen ermöglicht.

Passive Intermodulation (PIM) führt zu Störsignalen in Mobilfunknetzen und kann somit die Netzqualität verschlechtern. Die PTB arbeitet im Projekt „5G-Reallabor“ an einer Rückführung für PIM-Messungen im Labor und möchte damit eine Charakterisierung und Reduzierung der Messunsicherheiten erreichen und so einen Beitrag zur zuverlässigen Funktion des Mobilfunknetztes leisten.

In der elektrischen Energieversorgung ist die richtige Messung der elektrischen Leistung und insbesondere der elektrischen Energie von herausragender Bedeutung, da über diese Größen die Abrechnung mit den Kunden erfolgt.

Für DC-Hochspannungsübertragungsstrecken und deren elektrischen Komponenten wird die PTB maßgeblich an der Entwicklung von messtechnischen Lösungen, Qualifizierung von Messteilern und internationalen Normungsarbeiten mitwirken.

Für die Konformitätsbewertung von Ladeeinrichtungen im Anwendungsfall der E-Mobilität ist es unter anderem notwendig, die abgegebene Energiemenge zu bestimmen. Dieser Wert wird anschließend mit der von der Ladeeinrichtung gemessenen Menge verglichen und bewertet.

Im Rahmen des Forschungsrahmenprogramms Horizon2020 wurde das Verbundvorhaben „AHEAD2020“ (Activities in the High-Energy Astrophysics Domain) gestartet. In einem Arbeitspaket von AHEAD2020 sollen in enger Kooperation mit internationalen Partnern Mikrowellen-SQUID-Multiplexer entwickelt und im Reinraumzentrum der PTB hergestellt werden. Die Multiplexschaltungen dienen zum Auslesen von...

Superconducting Quantum Interference Devices (SQUIDs) stellen die empfindlichsten Detektoren für Spinsysteme und magnetische Flüsse dar. Sogenannte Multi-Junction-SQUIDs bieten den Vorteil, die Beschränkung der Empfindlichkeit herkömmlicher SQUIDs auf bestimmte periodische Werte des angelegten magnetischen Feldes zu umgehen. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Verschiebung des...

Die Realisierung von exaktem und kontrolliertem Elementarladungstransport in supraleitenden Tunnelkontakten ist ein wichtiges Thema in der elektrischen Quantenmetrologie, da auf dieser Grundlage neuartige Quantenstromnormale realisiert werden können. In einem neuen von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt werden Bloch-Oszillationen und nicht-klassische Strahlung in...

Im Rahmen des von der EU geförderten und von der PTB koordinierten EMPIR-Projekts „ParaWave“ werden breitbandige, rauscharme Wanderwellen-Verstärker entwickelt. Zur Optimierung der Schaltungsparameter wurde ein Softwaretool eingesetzt, welches eine korrekte Beschreibung von Josephson-Kontakten ermöglicht.

Verschiedene Versionen breitbandiger On-Chip-Leistungsteiler basierend auf dem Konzept der Wilkinson-Teiler wurden entwickelt und untersucht, um das von der PTB entwickelte pulsgetriebene Josephson-Spannungsnormal (JAWS) zu optimieren und den experimentellen Aufbau zu vereinfachen. Ziel dieser Entwicklung ist es, die Bandbreite der Leistungsteiler zu erhöhen und damit eine größere Anzahl...

Bei der Entwicklung von elektrischen Quantenwiderstandsnormalen aus Graphen kommt es entscheidend darauf an, die Ladungsträgerdichte gezielt und exakt einzustellen. In einer kürzlich abgeschlossenen Untersuchung im Rahmen des von der PTB koordinierten Europäischen Metrologieforschungsprojekts „GIQS“ (Graphene Impedance Quantum Standard) konnte erstmals gezeigt werden, dass die Graphen-Dotierung...

Sowohl für die Quantenmetrologie als auch für Anwendungen im Bereich von Quantencomputern ist die Genauigkeit, mit der die Elemente eines Quantenschaltkreises manipuliert werden können, von entscheidender Bedeutung. Diese präzise zu bestimmen setzt zum einen eine robuste Modellvorstellung voraus und stellt zum anderen hohe Anforderungen an die Messapparatur.

Innerhalb weniger Jahre hat sich der an der PTB entwickelte „Ultrastable Low-noise Current Amplifier“ (ULCA) in der Widerstands- und Stromstärkemetrologie etabliert und sein Anwendungspotential reicht darüber hinaus, z. B. in die Messtechnik für ionisierende Strahlung.

Im Rahmen des europäischen Metrologieforschungsprojekts „GIQS“ (Graphene Impedance Quantum Standard) werden seit kurzem in der PTB Graphen-basierte Quanten-Hall-Widerstände für Anwendungen in der Quantenwiderstands- und -impedanzmetrologie entwickelt und hergestellt.

Der Grundton und die Oberwellen eines kommerziellen Signalgenerators können jetzt mittels quantenbasierter Wechselspannungen, erzeugt mit einem Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer, präzise gemessen werden.

Die Abteilung „Elektrizität“ der PTB Braunschweig entwickelt derzeit gemeinsam mit der Abteilung „Temperatur und Synchrotronstrahlung“ in Berlin ein neues praktisches Rauschthermometer für metrologische und industrielle Anwendungen. Eine eigens entwickelte und optimierte Quanten-Spannungsrauschquelle, die auf dem Josephson-Effekt basiert, wurde erfolgreich für Linearitätsuntersuchungen an...

AC-Quantenvoltmeter sind quantenbasierte Messsysteme, die zur Kalibrierung von Gleich- und Wechselspannungen bis 2 kHz bereits kommerziell angeboten werden. Die PTB hat jetzt ein neues sub-sampling Abtastverfahren entwickelt, welches den Frequenzbereich des AC-Quantenvoltmeters bis herauf zu 100 kHz erhöht.

Die PTB untersucht im Rahmen eines europäischen Metrologieforschungsprojekts die Nutzbarkeit von neuartigen Quanten-Hall-Widerstandsnormalen auf der Materialbasis von Graphen für die Impedanzmetrologie. Die Arbeiten dienen der Entwicklung quantenbasierter Impedanzmessbrücken für vereinfachte Kalibrierungen elektrischer Wechselspannungsgrößen für den praxisnahen, flexiblen und effizienten Einsatz.

Die Nutzbarkeit des Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer (JAWS)- Konzepts für die Rückführung des Phasenwinkels zwischen zwei elektrischen Signalen über einen weiten Frequenzbereich wurde untersucht. Die hohe spektrale Reinheit und die hervorragende zeitliche Auflösung des Systems erlaubt es, Phasenwinkel auch bei relativ hohen Frequenzen von 100 kHz und bei Spannungsverhältnissen von bis zu...

In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekt Gemimeg-II „Sichere und robuste kalibrierte Messsysteme für die digitale Transformation“ erarbeiten die 13 beteiligten Partnerinstitutionen verlässliche Standards, um in den Prozessen der Qualitätsinfrastruktur eine verlässliche Kommunikation digitaler Daten, Informationen und Zertifikate sicherzustellen. Der...

Zur Unterstützung des Ausbaus neuartiger DC-Hochspannungsübertragungsnetze, z.B. für die geplanten Nord-Süd-DC-Hochspannungstrassen in Deutschland, wirkt die PTB maßgeblich an der Entwicklung von messtechnischen Lösungen mit. In einem ersten Schritt wurden dazu ein 2000 kV-Gleichspannungsgenerator und ein Spannungsmessteiler entwickelt und auf dem Freifeld der PTB im Sommer 2020 erfolgreich...

Die PTB hat kürzlich im Rahmen einer industriellen Kooperation erstmals eine vollständige Messunsicherheitsbilanz für symmetrisch übertragene Streuparameter, sogenannte „Mixed-Mode-Streuparameter“, aufgestellt. Diese Messgrößen sind vor allem für differenzielle Leitungssysteme relevant, wie sie beispielsweise in Leiterkarten oder in Mehrdrahtleitungen genutzt werden.

Die PTB leistet durch messtechnische Entwicklungen im Bereich neuer mechanischer Schaltgeräte einen wichtigen Beitrag zur Energiewende. Die im Projekt „FASS – Fast And Selective Switching“ entwickelte Messtechnik ermöglicht die rückführbare Messung von transienten Schaltvorgängen und Energieflüssen in Niederspannungsnetzen bis 1500 Volt Gleichspannung.

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) und das Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, Sitz nahe Paris) haben eine Vereinbarung über eine wissenschaftliche Kooperation auf dem Gebiet der Metrologie des Quanten-Hall-Effekts getroffen. Im Rahmen dieser Kooperation liefert die PTB Quantennormale zur Darstellung der elektrischen Widerstandseinheit Ohm an das BIPM.

Die Abschätzung möglicher Störungen von Windkraftanlagen auf Einrichtungen der Flugsicherung wird mit Wirkung ab 1. Juni 2020 offiziell durch eine verbesserte Berechnungsformel auf wissenschaftlicher Grundlage ermöglicht.

Die PTB hat als erstes nationales Metrologieinstitut weltweit die Rückführung für Streuparametermessungen mit dem neuen koaxialen Steckverbinder vom Typ 1,35 mm aufgebaut. Der Steckverbinder deckt Frequenzen bis zu 90 GHz ab und wird in den nächsten Ausgaben der relevanten IEEE- und IEC-Normen aufgenommen werden. Dies ist das Ergebnis einer Kooperation zur Entwicklung eines Verbinders für...

Verbundprojekt »LamA-connect« entwickelt intelligente und BSI-konforme Steuerungs- und Abrechnungskonzepte für die Ladeinfrastruktur.
Wenn zu Spitzenzeiten viele Elektroautos gleichzeitig geladen werden, kann dies zu Netzüberlastungen führen. Im Verbundprojekt »LamA-connect« entwickelt die PTB zusammen mit insgesamt 11 Partnern unter Führung des Fraunhofer IAO Lösungen, die ein sicherheits-,...

Im Rahmen des von der PTB koordinierten Europäischen Forschungsprojekts „NanoMag“ wurden verschiedene Kalibrierverfahren zur Rückführung magnetischer Feldmessungen mit Ortsauflösung von einigen zehn Nanometern miteinander verglichen und validiert. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten wurden kürzlich in der angesehenen Fachzeitschrift „Small“ publiziert.