Entwicklung eines induktiven AC Spannungsverhältnisnormals mit verringerten Korrektionen

Für die Rückführung von AC-Spannungsverhältnissen im Frequenzbereich zwischen 25 Hz und 5 kHz wurde ein hochpräziser induktiver Spannungsteiler entwickelt. Die Wirkkorrektionen des neuen Normalteilers konnten durch einen verbesserten Aufbau mit einer magnetisch geschirmten Magnetisierungswicklung für die Frequenz f = 225 Hz um den Faktor fünf auf Werte unterhalb von 6 nV/V reduziert werden. Bei dieser Frequenz beträgt die erweiterte Messunsicherheit der Wirkkorrektionen U =10 nV/V.

Der von der PTB neu entwickelte Normalteiler KT 64 für Eingangsspannungen bis U_e= 10 V ist in Bild 1 gezeigt. Der induktive Spannungsteiler besitzt einen zweistufigen Aufbau mit separaten Magnetisierungs- und Teilerwicklungen. Der hochpermeable Teilerkern ist dabei derart aufgebaut, dass er den Magnetisierungskern und die Magnetisierungswicklung vollständig umschließt und diese somit magnetisch abschirmt. Der Normalteiler kann wahlweise als n/10tel- oder n/11tel-Teiler betrieben werden.

Der verbesserte Aufbau des neuen Normalteilers führt zu deutlich verringerten Wirkkorrektionen, wie in Bild 2 gezeigt. Die Wirkkorrektionen des aktuell verwendeten Normalteilers (KT 3) belaufen sich bei einer Messfrequenz f = 225 Hz und einer Eingangsspannung U_e = 10 V auf Werte bis hinauf zu 30 nV/V. Im Vergleich dazu sind die Wirkkorrektionen des neuen Normalteilers KT 63 um den Faktor fünf auf Werte unterhalb von 6 nV/V reduziert. Die erweiterte Messunsicherheit beider Wirkkorrektionen beträgt derzeit U =10 nV/V.

Die Kalibrierkunden der PTB könnten zukünftig von den neu entwickelten Normalteilern profitieren, da kleinere Korrektionswerte typischerweise kleineren Schwankungen unterliegen. Das sich daraus ergebende Potential für eine Reduzierung der Kalibrierunsicherheiten ist aktuell Gegenstand der Untersuchungen.

Bild 1: Normalteiler KT 63 für die Rückführung von AC-Spannungsverhältnissen im Frequenzbereich von 25 Hz bis 5 kHz und Eingangsspannungen bis 10 V.

Bild 2: Wirkkorrektion der Normalteiler KT 3 und KT 63 bei der Messfrequenz f = 225 Hz und einer Eingangsspannung U_e = 10 V, in Abhängigkeit vom Teilerfaktor.

Fachbereich 2.1 „Gleichstrom und Niederfrequenz“