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Elektrische Messgeräte und Messverfahren haben besonders kurze Innovationszyklen, weil sie mit der allgemeinen Entwicklung elektronischer Geräte Schritt halten müssen. Das stellt die akkreditierten Laboratorien vor die Aufgabe, ihr Angebot an Kalibrierungen ständig den Erfordernissen anzupassen und damit selbst neue Messverfahren zu entwickeln. Unter der Schirmherrschaft des Helmholtz-Fonds e.V. lud die PTB daher zu einem eintägigen Online-Seminar über "Aktuelle Fortschritte von Kalibrierverfahren im Nieder- und Hochfrequenzbereich" ein, das an ausgewählten Beispielen aus den Bereichen Gleichstrom- und Niederfrequenz sowie Hochfrequenz neue Messmethoden beschreiben und dem Austausch von Informationen und Erfahrungen zwischen den Fachleuten aus der PTB, aus den akkreditierten Laboratorien sowie von weiteren Anwendern aus Industrie und Forschung dienen sollte. Ziel des Seminars war es, Anregungen für neue Messverfahren zu geben, die den Laboratorien helfen, den an sie gestellten Anforderungen gerecht werden zu können., Vorträge 1. Kalibrieren mit MET/CAL® 10 2. Aufbau eines automatisierten Messplatzes für DMS Brückennormal Kalibrierungen 3. Realisierung eines Phasennormals mit zwei pulsgetriebenen Josephson Arrays 4. Entwicklung einer automatischen, selbstkalibrierenden Messeinrichtung zur Kalibrierung niederohmiger Strommesswiderstände bei Stromstärken bis 100 A 5. Europäisches Joint Research Project GIQS Graphene Impedance Quantum Standard 6. Unterschätzte Leistungswiderstände in der Präzisionsmesstechnik 7. Entwicklung und Verifikation eines breitbandigen Referenzstromwandlersatzes für Ströme von 10 A bis 2000 A und 9 kHz" 9. Einfluss parasitärer Effekte bei On Wafer Messungen im Millimeter und Submillimeterwellenbereich 10. Kalibrierung von ESD Pulsparametern (Auswertung des Ringvergleichs 2020) 11. Messunsicherheiten bei frequenzumsetzenden Messungen 12. Mixed Mode Streuparameter Messunsicherheiten in differenziellen Leitungssystemen

Vorträge: Martin Bauer Der Quantenkalibrator: Möglichkeiten eines Primärnormals im industriellen Kalibrierlabor Julian Hahne Kalibriermöglichkeiten für hohe Gleichspannungen bis 800 kV Dr. Gerhard Steiner Bestimmung der Konzentration und Größe von Aerosolpartikeln über mehrere Größenordnungen - Anforderungen an die elektrische Messtechnik und Kalibrierverfahren Thomas Wiedenhöfer, Alexander Scheibner Der digitale Kalibrierschein Dr.-Ing. Dirk Piester Rückführung disziplinierter Frequenznormale auf gesetzliche Einheiten Dr.-Ing. Hans-Ulrich Nickel E Connector − A new 1.35 mm Precision Coaxial Interface for DC to 90 GHz Dipl.-Ing. Thomas Reichel Einfluss der unkorrigierten Messtoranpassung eines VNA auf die Unsicherheit von Transmissionsmessungen Florian Rausche Vergleich von Messverfahren zur Bestimmung des äquivalenten Reflexionsfaktors von Power Splittern Dr. Marius Mihalachi Vor-Ort-Antennen- und Feldstärke-Messtechnik: Fortschritte im Projekt WERAN David Ulm Antennenringvergleich im DKD Dr. Uwe Arz Rückführung von planaren Streuparametermessungen in Membran-Technologie für Frequenzen bis 110 GHz Paul Struszewski Entwicklung eines portablen, laserbasierten Spannungsimpulsstandards

PTB-Mitteilungen. Band 126 (2016), Heft 3. ISSN 0030-834X, 3 Elektrische Quantennormale und praktische Messtechnik – Einführung und Übersicht 7 Fertigungstechnologie für praxistaugliche Josephson-Spannungsnormale 15 AC-Quantenvoltmeter für die Industrie 25 Das pulsgetriebene AC-Josephson-Spannungsnormal 35 Impedanzmetrologie mit Josephson-Spannungsnormalen 41 Herstellung von Graphen für die Metrologie 49 Quanten-Widerstandsnormale aus Graphen 59 Quantenbasierte Messung und Erzeugung kleiner Stromstärken 71 Ausgesuchte Technologieangebote

Gedruckt erschienen im Verlag Carl Schünemann GmbH, ISBN 978-3-95606-298-8, Für die Steigerung der Energieeffizienz und der Ausgangsleistung thermischer Kraftwerke kommt der Reduzierung der Unsicherheit der Volumenstrommessung eine Schlüsselrolle zu. Die derzeitige Unsicherheit von etwa 2 % lässt keine optimale Regelung zu und limitiert durch notwendige Sicherheitsreserven die Ausgangsleistung. Mit dem in dieser Arbeit entwickelten Laseroptischen-Volumenstrom-Normal (LVN) können Volumenstrommessgeräte zukünftig direkt im Kraftwerk mit einer Unsicherheit von 0,15 % kalibriert werden. Dadurch kann die Unsicherheit der Volumenstrommessung reduziert und die Ausgangsleistung angehoben werden. Mit dem LVN werden an mehreren über den Querschnitt der Rohrleitung verteilten Positionen die Fluidgeschwindigkeiten mithilfe der Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) gemessen. Daraus wird das Geschwindigkeitsprofil rekonstruiert und integriert, um den Volumenstrom zu berechnen. Bei der LDA liegt im Wandbereich ein Teil des 2000 μm langen Messvolumens außerhalb der Strömung. Dadurch weicht der gemessene Volumenstrom um bis zu 0,63 % ab. Für das LVN wird ein ortsaufgelöstes LDA entwickelt, mit dem diese Abweichung auf 0,04 % reduziert wird. Durch die Überlagerung zweier Messvolumina mit variierendem Interferenzstreifenabstand wird die Ortsauflösung von rund 2000 μm auf 6 μm reduziert. Für die Überlagerung der Messvolumina werden zwei Positioniersysteme entwickelt, mit denen die Positionierunsicherheit von bisher rund 5500 μm auf 67 μm reduziert wird. Es werden zwei Verfahren entwickelt, mit denen die Ausrichtung der LDA-Sonde zum Positioniersystem und zur Rohrleitung erstmalig vermessen wird. Die Winkelabweichungen werden dadurch jeweils von bisher etwa 1 ° auf 0,005 ° und die Positionierunsicherheit von rund 800 μm auf 4 μm reduziert. Durch die Überlagerung der beiden Messvolumina kann das vorwärtsgestreute Licht aus dem Messvolumen detektiert werden, das eine bis zu 1000-fach höhere Intensität als das bisher detektierte, rückgestreute Licht aufweist. So wird das Signal-Rausch-Verhältnis um den Faktor 10 verbessert, die maximale LDA-Datenrate von etwa 400 Hz auf 2500 Hz gesteigert und die Messzeit auf ein 1/10-tel reduziert. Durch diese Verbesserungen konnte die Unsicherheit der Volumenstrommessung mit dem LVN von 4,5 % auf 0,15 % reduziert werden. Abschließend wird eine Vergleichsmessung zwischen dem LVN und der Wärmezählerprüfstrecke (WZP) durchgeführt. Die WZP ist das nationale Normal der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) zur Darstellung des Volumenstromes mit einer Unsicherheit von 0,04 %. Der Vergleich zeigt eine mittlere Abweichung von weniger als 0,01 % und eine maximale Abweichung von 0,07 %. Damit kann der prognostizierte Unsicherheitswert für das LVN von 0,15 % bestätigt werden., Precise volume flow rate measurements are very important for controlling power plants. Due to the current uncertainty of the volume flow rate measurement of about 2 % the process is not controlled efficiently. Therefore, the maximum power output is reduced. With a newly developed laser optical volume flow rate standard (LVN) it will be possible to calibrate flow meters on site within the power plant to reduce the uncertainty of the flow rate measurement and increase the power output. For the LVN, the velocity profile within the pipe is measured with laser Doppler anemometry (LDA). The profile is integrated to calculate the volume flow rate. Since a conventional LDA has a measurement volume length of about 2000 μm, the near wall region cannot be resolved. This leads to an offset of the volume flow rate of about 0,63 %. To overcome this limitation a high resolution LDA was developed. Therefore, a LDA measurement volume with a constant fringe spacing is overlaid with a LDA measurement volume with a diverging fringe spacing. This way, the position of a particle passing the measurement volume can be determined with a spatial resolution of 6 μm. With the high resolution LDA the influence of the near wall region on the volume flow rate is reduced from 0,63 % to 0,04 %. To implement the high resolution LDA it is necessary to overlay the measurement volumes of two LDA probes within the pipe. This requires a very low uncertainty for the positioning of the LDA measurement volumes. Therefore, two positioning systems are developed to reduce the positioning uncertainty from commonly up to 5500 μm to 67 μm. Furthermore, two measurement methods are developed to precisely align the LDA probes to the positioning system and to the pipe. With these methods the angular deviation of the alignment is reduced from 1 ° to 0,005 °, which reduces the positioning uncertainty for the measurement volume from 800 μm to 4 μm. Additionally, overlapping the two measurement volumes allows to measure the forward scattered light of the particles instead of the conventionally measured backscattered light. The forward scattered light has a 1000 times higher intensity. As a result, the signal-to-noise ratio is 10 times higher, the maximum data rate is improved from 400 Hz to 2500 Hz and the measuring time is reduced to a 10th. With all of the aforementioned improvements it is possible to achieve an uncertainty for the volume flow rate measurement with the LVN of 0,15 % compared to 4,5 % for a conventional LDA setup. A comparison of the LVN with the national primary standard for thermal energy (WZP) at the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) with an uncertainty of 0,04 % shows a maximum deviation of 0,07 % and therefore confirms the predicted uncertainty of the LVN of 0,15 %

Nicht nur in Forschung und Entwicklung, sondern auch zunehmend in der industriellen Fertigung kommen immer kleinere funktionelle Strukturen bis hin zu nanotechnologischen Komponenten zum Einsatz. Dadurch erlangt die Rastersondenmikroskopie auch als quantitatives Messverfahren wachsende Bedeutung und damit die Frage, wie diese Geräte zu kalibrieren sind. Dieser Bericht zielt deshalb darauf ab, den gegenwärtigen Stand der Diskussionen zu einer zukünftigen Kalibrierrichtlinie zusammenzufassen und somit ein mögliches Schema für die quantitative Charakterisierung von SPM-Messsystemen vorzustellen. Kritische Punkte werden dabei teilweise auch anhand von praktischen Beispielen diskutiert.

In dieser Dissertation wird eine bestehende Stoßpendel - Einrichtung zur Kalibrierung von Beschleunigungs- aufnehmern bei stoßförmiger Anregung im Beschleunigungsbereich 100 m/s² bis 2000 m/s² analysiert und darauf aufbauend ein Messunsicherheitsbudget nach dem GUM (ISO - Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement) aufgestellt. Anschließend wird gezeigt, wie durch ein neues Kalibrierverfahren, das auf einer Schlittenkonstruktion aufbaut, wesentliche Messunsicherheitsanteile des Stoßpendelverfahrens zu praktisch vernachlässigbaren Werten gesenkt und wie ohne zusätzlichen Zeitaufwand der Übertragungskoeffizient in positiver und negativer nomineller Messrichtung bestimmt werden können. Abschließend wird erklärt, wie mit der neuen Kalibriereinrichtung die Querbeschleunigungsempfindlichkeit von Beschleunigungsaufnehmern bei stoßförmiger Anregung ermittelt werden kann., This doctoral thesis is dealing with the instrumentation and its improvement for calibrating accelerometers with shock excitation in the range of 100 m/s² to 2000 m/s². An existing and in the general practises often used pendulum calibrator was investigated and an analysis of the contributions to the measurement uncertainty budget for accelerometers under test was deviated on the basis of the ISO - Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement. For getting more precise calibrations a new shock calibrator based on a sledge technology was developed. Mayor contributions to the measurement uncertainty budget could be reduced significantly. Additionally the shock pulse can be introduced positively as well as negatively into the device under test during a single shoot of the sledge. A method for the investigation of the transverse sensitivity for a device under test was described by means of the new sledge shock calibrator.