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Nachrichten aus dem Jahresbericht 2023

Logo und GUI der Auftragsverwaltung

Ausgehend von den mit der automatisierten Bearbeitung von Kalibrieraufträgen im CleverLab (PTB-interne Dienstleistung) gesammelten Erfahrungen wurde die Anwendung zu einer datenbankbasierten Auftragsverwaltung (AVW) derart weiterentwickelt, dass sie den Workflow der Dienstleistungen in der Abteilung Elektrizität der PTB bis hin zur Erstellung von digitalen Kalibrierscheinen (DCC) abbildet. Neben...

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Automatisierter Messplatz für DMS-Trennteilerkalibrierungen

Die Kalibrierung von Brückennormalen für die Dehnungsmessstreifen (DMS)-Messtechnik erfordert erweiterte Unsicherheiten von 10 nV/V bei Nennwerten von z.B. 2 mV/V, was einem Spannungsverhältnis von 1/500 entspricht. Um diese Unsicherheiten zu erreichen, werden zwei kaskadierte Induktivteiler verwendet, wobei der eingesetzte Kalibriertrennteiler etwa 50 % des Gesamtunsicherheit im...

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Bildschirmfoto der Klimadatenseite für PTB-internen Gebrauch

Die Erfassung der Raumklimadaten ist bei Kalibrierungen essenziell. Wesentliche Parameter sind die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit. Auch bei forschungsbezogenen Messungen unterstützen sie die Vergleichbarkeit der Ergebnisse. Das neue datenbankgestützte Webtool der PTB fragt die Raumklimadaten automatisiert ab, archiviert sie und stellt die Daten über den Laborrechner hinaus zur Verfügung.

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Phasenrauschmessung an einem Hochfrequenzsignalgenerator mit einem kommerziell verfügbaren Phasenrauschanalysator

Das Programm TransMeT (Transfer von metrologischer Technologie) fördert gemeinsame vorwettbewerbliche Forschung und Entwicklung mit einem Partner aus dem Bereich der kleinen und mittleren Unternehmen. In dem neu genehmigten Projekt „Rückführung und Vergleich von Phasenrausch-messungen“ arbeitet die PTB zusammen mit der KVG Quartz Crystal Technology GmbH an besseren Phasenrauschmessungen.

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Vergleichsmessung von kombinierten und zusammengesetzten Spannungen mit mehreren Universalteilern an der TU Graz

Prüfungen von Komponenten zukünftiger Übertragungsnetze erfordern oft die Verwendung von überlagerten Spannungsformen. Diese sogenannten kombinierten oder zusammengesetzten Spannungen aus Wechsel-, Gleich- und Stoßspannung werden in den Prüflabors ohne ausreichende metrologische Rückführung und Normung durchgeführt.

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Aufbau des Breitband-Stromsensors bis 100 A, bestehend aus Stromwandler mit Anschlussbox für die Kompensation und integriertem Messwiderstand

Aufgrund der zunehmenden „Verschmutzung“ der Nieder- und Mittelspannungsnetze mit Stromoberschwingungen bis 150 kHz, die durch die zunehmende Integration elektronischer Komponenten wie zum Beispiel leistungsstarke Umrichtersysteme hervorgerufen werden, ergibt sich die Frage nach der Eignung und der Kalibrierung von Stromsensoren für die nachgelagerte Leistungs- und Energiemessung.

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Umschaltbarer Nullflusswandleraufbau

Die Nachfrage nach Kalibrierdienstleistungen für DC-Leistungsmesssysteme besteht erst seit einigen Jahren und nimmt stetig zu. Hintergrund ist die Zunahme von Anwendungen im Markt, die eine Abrechnung von elektrischer Energie im Gleichstrombereich erfordern. Um diese Kalibrierdienstleistung in der PTB effizient bereitstellen zu können, wird ein neuer Aufbau eingesetzt, der...

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Oben: Phasenrauschen im Frequenzbereich von 1 Hz bis 1 MHz. Unten: integriertes Phasen- (PN) und Amplitudenrauschen (AN) von 500 kHz bis 2 MHz.

Die PTB hat in Zusammenarbeit mit dem TNO (Niederlande) die Unterdrückung des Phasen- und Amplitudenrauschens von AC-Wellenformen untersucht, die mit dem Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer (JAWS) erzeugt werden. Im Frequenzbereich von 500 kHz bis 2 MHz wurde eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) von 15 dB bis 40 dB gegenüber herkömmlicher Halbleiter-Elektronik erzielt....

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Foto eines TWPA-Chips

Supraleitende Wanderwellenverstärker (sogenannte traveling-wave parametric amplifier, TWPA) für Mikrowellen-Frequenzen zeichnen sich durch besonders niedriges Rauschen aus, das eine Größenordnung unter dem von halbleiterbasierten Verstärkern liegt. Wissenschaftler der PTB konnten nun zeigen, wie das Schaltungslayout der TWPAs ausgelegt werden kann, damit deren Leistungsverstärkung nicht durch...

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Zeitlicher Spannungsverlauf (a) und zugehöriges Amplitudenspektrum (b) einer kommerziell erhältlichen Photodiode

Die PTB hat eine kryogene fasergekoppelte Testumgebung für ultraschnelle Photodioden entwickelt. In dieser Testumgebung werden die Zeitbereichsantworten der Photodioden durch elektro-optische Abtastung mit Femtosekunden-Laserpulsen in einer Anrege-Abfrage-Konfiguration extrahiert. In ersten Studien wurde die Zeitantwort von kommerziellen Photodioden mit nominellen Bandbreiten von 20 GHz und 60 GHz...

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Quanten-Widerstandsnormale aus Graphen erlauben die präzise Darstellung der Widerstandseinheit Ohm unter vereinfachten Messbedingungen bezüglich Temperatur und Magnetfeld im Vergleich zu konventionellen Galliumarsenid-Widerstandsnormalen. Darüber hinaus werden hohe Anforderungen an die Langzeitstabilität der Normale gestellt. Zu diesem Zweck wurde das Verhalten von Graphen-Widerstandsnormalen über...

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Diagramme Messungen am Hall-Widerstand

Der Quanten-Anomalen-Hall-Effekt (QAHE) ist ein Phänomen, welches in dünnen Schichten von topologischen Isolatoren (TI) auftritt und von hohem Interesse in der elektrischen Quantenmetrologie ist: In magnetisch dotierten TI wie Vanadium-dotiertem (BiSb)2Te3 wurde gezeigt, dass der Effekt eine Quantisierung des Hall-Widerstands bei dem Wert der von-Klitzing-Konstante RK = h/e2 auch ohne ein externes...

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Aufbau der vollautomatisierten Josephson-Impedanzmessbrücke

Die PTB hat eine Messbrücke auf Grundlage von Josephson-Spannungsnormalen entwickelt, um die Messung verschiedenster elektrischer Impedanzverhältnisse flexibel und über einen weiten Frequenzbereich zu realisieren. Diese Impedanzmessbrücke ermöglicht nun auch einen vollautomatisierten Betrieb ohne Einschränkungen bei der Messgenauigkeit.

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Schematischer Aufbau eines twin microcalorimeter.

Die PTB ist als erstes Nationales Metrologieinstitut (NMI) in der Lage, Sensoren zur Messung von Hochfrequenzleistung (HF-Leistung) bis zu einer Frequenz von 170 GHz zu kalibrieren. Diese Dienstleistung wurde in Kooperation mit der nationalen Industrie und im europäischen Forschungsprojekt Opens external link in new windowTEMMT (Laufzeit 2019 bis 2022) aufgebaut.

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Messaufbau zur Messung von Verlustmessungen in Elektroblechen.

Im Rahmen des EMPIR Projektes HEFMAG wurde eine Apparatur zur hochpräzisen Bestimmung der magnetischen Verlustleistungen in Elektroblechen aufgebaut. Die neu entwickelte Kalibriereinrichtung bietet im Vergleich zum derzeitig verwendeten Kalibrieraufbau einen erweiterten Frequenz- und Leistungsbereich. Damit können moderne Elektrobleche, die beispielsweise in verlustarmen Elektromotoren verbaut...

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In der PTB entwickelte programmierbare 10-V-Josephson-Spannungs­normale wurden genutzt, um einen am CERN entwickelten Analog-Digital-Konverter (ADC) zu charakterisieren, der am High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) als Digitalisierer eingesetzt werden wird. Die Ergebnisse der Untersuchungen bestätigen die hervorragenden Eigenschaften des neuen Digitalisierers

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Offizielle Übergabe der Kalibrierscheine bei der European Microwave Week 2023 in Berlin

Die PTB hat als weltweit erstes nationales Metrologieinstitut Kalibrierscheine für rückführbare industrielle On-Wafer-Messungen ausgestellt. Dazu wurde ein umfassendes Unsicherheitsbudget für S-Parameter-Messungen von Bauelementen auf einem kommerziell erhältlichen Aluminiumoxid-Kalibriersubstrat berechnet, einschließlich der Messgerätefehler, der Wiederholbarkeit der Steckverbindern und der...

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ELVIS und sein Team beim Tag der offenen Tür im BMWK

Forschende lieben mehrdeutige Abkürzungen. Und daher war die PTB mit ELVIS beim Tag der offenen Tür im Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) in Berlin vertreten. Einen sexy Hüftschwung sollte man jedoch nicht erwarten, denn ELVIS steht für „Electric Vehicle Charger Inspection System“ und ist ein neuartiges mobiles Messsystem für die E-Mobilität.

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Die PTB hat durch Fertigung eines supraleitenden Quanteninterferenz-Bauelements (superconducting quantum interference device, SQUID) zu einer Grundlagenuntersuchung an der Universität Wien beigetragen. In dem Experiment wurde eine supraleitende Blei-Zinn Kugel mit einem Durchmesser von 100 µm in einer 3D-Magnetfalle zum kontrollierten Schweben und Rotieren gebracht.

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Das diesjährige 323. PTB-Seminar „Aktuelle Fortschritte von Kalibrierverfahren im Nieder- und Hochfrequenzbereich“ fand am 10. Mai 2023 als hybrides Seminar statt. Mit insgesamt 153 Teilnehmenden, 107 davon PTB-extern aus den Bereichen akkreditierter Kalibrierlaboratorien und industrieller Messgerätehersteller, stieß die Veranstaltung wie bereits in den vergangenen Jahren auf große Resonanz.

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Simulation der elektronischen Kollisionsschaltung

Fortschritte in der Quantenelektronik ermöglichen signifikante Verbesserungen für höchstempfindliche Messungen und in der Quanteninformations­verarbeitung. In nanostrukturierten Schaltungen können einzelne ballistische Elektronen kontrolliert auf sich kreuzenden Signalleitungen geführt werden, um so deren Wechselwirkung für die Steuerung der Laufpfade nutzen zu können. 

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Schlüsselkomponente für die Quantentechnologie

Im kürzlich gestarteten Projekt „TruePA“ (Truly Resilient Quantum Limited Traveling Wave Parametric Amplifiers) entwickeln Forschende der PTB zusammen mit sieben europäischen Partnern die nächste Generation von parametrischen Verstärkern, kurz TWPAs. Wegen ihres extrem niedrigen Rauschens sind sie von Bedeutung für die Detektion schwacher elektromagnetischer Signale bei Mikrowellenfrequenzen von...

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Metrologische Kennzeichnung auf Typenschild einer Ladesäule

Der Ausbau der Ladeinfrastruktur für die Elektromobilität in Deutschland ist im vollen Gange. Dabei werden zurzeit im Alltagseinsatz sowohl Ladesäulen eingesetzt, die den Anforderungen des Eichrechts entsprechen, als auch solche, die dies (noch) nicht tun. Das Landesamt für Mess- und Eichwesen Berlin-Brandenburg hat zusammen mit der PTB Stichprobenuntersuchungen zur Messrichtigkeit von...

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Magneto-optische Abbildung der magnetischen Feldverteilung eines industriellen magnetischen Maßstabs

Magnetische Maßstäbe werden zusammen mit Magnetfeldsensoren in großen Stückzahlen als robuste Encoder zur Winkel- und Positionsbestimmung eingesetzt, beispielsweise in Fertigungsmaschinen oder auch im Automobilbereich. Die PTB hat jetzt zusammen mit der Firma Bogen Magnetics ein Projekt begonnen, in dem zuverlässige Messtechnik für die Charakterisierung derartiger Maßstäbe entwickelt werden soll.

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Foto des Transfernormals PTB-1

Um die metrologische Äquivalenz nationaler Normale im Rahmen des CIPM Mutual Recognition Arrangement zu unterstützen, wurde 2015 ein Messvergleich für Hochfrequenzleistung (HF-Leistung) in Rechteckhohlleitern vereinbart und zwischen Mai 2019 und Dezember 2021 durchgeführt. Der Messvergleich mit der Bezeichnung CCEM.RF-K27.W hatte acht Teilnehmer, wurde von NIM (China) mit Unterstützung von NPL...

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