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Entwicklung neuer Normalwiderstände

Kategorien:
  • Metrologie für die Wirtschaft
28.11.2017

Im Rahmen einer bilateralen Kooperation zwischen der PTB und einem Industriepartner werden neuartige Normalwiderstände entwickelt. Auch nach der Neudefinition des internationalen Einheitensystems (SI) werden sie benötigt, um die geringe Unsicherheit der Quantennormale weiterzugeben.

 

 

 

Seit 1990 hat sich der Quanten-Hall-Effekt als Mittel zur Realisierung der Einheit des elektrischen Widerstandes etabliert. Allerdings ist es zu aufwändig, einen Quanten-Hall Normalwiderstand ständig zur Weitergabe bereit zu halten, weshalb auch weiterhin gut bekannte Normalwiderstände genutzt werden. Diese Widerstände sind hinsichtlich ihrer Eigenschaften gut charakterisiert und erlauben eine Vorhersage ihres Tageswertes mit einer Unsicherheit von wenigen 10-9. Auf Grund des Alters der Widerstände steht zu befürchten, dass die Bewahrung nicht mehr mit dieser sehr geringen Unsicherheit gewährleistet ist. Im Rahmen einer bilateralen Kooperation zwischen einem Industriepartner und der PTB werden neuartige Normalwiderstände entwickelt. Ziel ist es, die Bewahrung der Einheit des elektrischen Widerstandes künftig auf eine zuverlässige Grundlage zu stellen.

Mit der verbesserten Widerstandsmesstechnik durch die in der PTB entwickelte neue Generation von Kryostromkomparatoren ist es heutzutage möglich, in relativ kurzer Zeit die Stabilität eines Normalwiderstandes zu charakterisieren. Erste Prototypen sind schon in der Erprobung. Verschiedene Einflüsse auf die Stabilität des Widerstandes konnten erfolgreich identifiziert werden, müssen aber noch quantitativ untersucht werden.

Im Rahmen der Untersuchungen hat sich bereits ein interessanter Aspekt ergeben: Drahtgewickelte Widerstände zeigen typischerweise eine positive Driftrate, Schichtwiderstände eine negative. Eine mögliche Erklärung ist, dass durch normale Alterung des Materials der Widerstand mit der Zeit zunimmt. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind aber noch im Detail zu erforschen. Sollte sich eine zuverlässige physikalische Modellierung durchführen lassen, besteht die Aussicht, gezielt das Verfahren zur Voralterung zu verkürzen und zu optimieren.

 

 10 kΩ Widerstand

Bild 1: Neu entwickelter 10 kΩ Widerstand

 

Driftrate 10 kΩ Widerstand

Bild 2: Driftrate des neuen 10 kΩ Widerstandes

 

 

 

 

 

 

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