Rückführungskette für Gleichspannung. Prüfling / Normal Ort Messverfahren Messunsicherheit Bemerkung Kryo- Spannungsnormal (Josephsoneffekt)

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1 Rückführungskette für Gleichspannung Kryo- Spannungsnormal (Josephsoneffekt) Komparatorbrücke 1* nV Darstellung der Einheit 10V / DC Kryo- Spannungsnormal zu DVM Fluke 732 B Fluke 732B Fluke 8508A DVM (1) extern Substitutionsmessung Voltmeter Substitution 1* nV Bereithaltung 2*10-7 Voltmeter Substitution Transfermessung Weitergabe auf elektronisches Normal 2*10-8 Bereithaltung und Weitergabe Alterung 2*10-6 2,2*10-6 Transfermessung 3*10-7 Bereithaltung im Labor (4 Jahre) Vergleich mit 10V für Kalibrator Fluke 5720A Hier mit 10V

2 Fluke 5720A Kalibrator (2) HP 34401A DVM Prüfling (3) Messung an Prüfling z.b. Netzteil mit DVM HP 34401A Prüffeld Spannungserzeugung Spannungsmessung Spannungsmessung 4*10-6 2,5*10-6 4*10-5 6,5*10-6 Kalibrator DVM 4,7*10-5 Messverfahren vor Ort Messunsicherheit gilt für ein Jahr Die Messunsicherheiten sind an einem fiktiven Beispiel abgeschätzt, entsprechen aber etwa der Realität. 0,1ppm = 1*10-7 = 1µV bei 10V

3 Rückführungskette für Gleichsstrom Kryo- Spannungsnormal (Josephsoneffekt) und Normalwiderstand I=U/R Spannungs- Widerstands-Normal 1*10-6 Darstellung praktisch nicht mehr über die Kraft des Stromleiters DC-Standard und Bezugswiderstand DC-Standard und Normalwiderstand Fluke 8508A DVM und Stromwiderstand NORMALE Weitergabe von Strom nicht sinnvoll bzw. möglich Von R und DCV Bereithaltung und Weitergabe Bereithaltung I=U/R 1,2*10-6 Alterung 2*10-6 Bereithaltung im Labor und Kalibrierung Fluke 5700A

4 Fluke 5720A Kalibrator (1) HP 34401A DVM Prüfling (2) Messung an Prüfling (Stromgeber) mit DVM HP 34401A Prüffeld Stromerzeugung Strommessung Strommessung 4*10-6 2,5*10-6 4*10-5 6,5*10-6 Kalibrator DVM 4,7*10-5 Messverfahren vor Ort Messunsicherheit gilt für ein Jahr Die Messunsicherheiten sind an einem fiktiven Beispiel abgeschätzt, entsprechen aber etwa der Realität. 1ppm = 1*10-6

5 Rückführungskette Wechselspannung Thermalkonverter Eigenbau Thermalkonverter, Fluke 540B, Fluke 792 AC/DC Vergleich über Erwärmung AC/DC Vergleich über Erwärmung Fluke 792 B AC/DC Vergleich über Erwärmung Fluke 5790A AC Standard DVM 1*10-6 frequenzabhängig Bereithaltung 4*10-6 Rückführung über DCV und berechnete Thermalkonverter 2*10-6 Weitergabe auf elektronisches Normal 3*10-6 Bereithaltung und Weitergabe Alterung 22*10-6 Bereithaltung im Labor () Thermalkonverter als Vakuumglaspille (Fluke 540B) oder in Halbleiterchipform (Fluke 792), Unsicherheiten frequenzabhängig Beispiel : 10V ; 1kHz

6 Fluke 5720A Kalibrator (1) HP 34401A DVM Prüfling (2) Messung an Prüfling z.b. NF Generator mit DVM HP 34401A Prüffeld Spannungserzeugung Spannungsmessung Spannungsmessung 22* * *10-6 9,62*10-4 1*10-3 (0,1%) Kalibrator DVM Messverfahren vor Ort Messunsicherheit gilt für ein Jahr Die Messunsicherheiten sind an einem fiktiven Beispiel abgeschätzt, entsprechen aber etwa der Realität. 1ppm = 1*10-6 = 10µV bei 10V

7 Rückführungskette für Wechselsstrom Thermalkonverter mit berechnetem Wechselstromwiderstand AC/DC-Vergleich I=U/R 3*10-6 Frequenzgang des Wechselstromwiderstands ist berechnet AC/DC-Standard und AC-Widerstand Wechselstrom- Normalwiderstand Fluke 5790A Standard und (Shunt) Stromwiderstand Substitution in Reihenschaltung zu AC- Normalwiderstand 6*10-6 Nur Weitergabe des Frequenzgangs (AC/DC) des Wechslstromwiderstands möglich 17*10-6 Bereithaltung und Weitergabe Bereithaltung I=U/R 17* *10-6 Bereithaltung im Labor und Kalibrierung Fluke 5700A NORMALE Für 1A bei 1kHz

8 Fluke 5720A Kalibrator (1) HP 34401A DVM Prüfling (2) Messung an Prüfling (Stromgeber) mit DVM HP 34401A Prüffeld Stromerzeugung Strommessung Strommessung Siehe auch Wechselspannung mit speziell im Frequenzgang berechneten Wechselstromwiderständen 27* *10-6 1,27*10-4 1,4*10-3 1,5*10-3 (0,15%) Kalibrator DVM Messverfahren vor Ort Messunsicherheit gilt für ein Jahr Die Messunsicherheiten sind an einem fiktiven Beispiel abgeschätzt, entsprechen aber etwa der Realität. 1ppm = 1*10-6

9 Rückführungskette Gleichstromwiderstand Quantisierter Hallwiderstand 1 Ohm Widerstandsnormal 100 Ohm Widerstandsnormal Normal 100 Ohm Standardwiderstand Normalwiderstand Prüfling 100 Ohm (1) Kryo-Stromkomparator (-brücke) 5*10-9 Darstellung der Einheit Ohm 3*10-8 Normal Verhältnis 1:1 5*10-8 Transfermessung 1*10-7 Bereithaltung 3*10-7 Voltmeter / Komparator Kompensationsschaltung Substitutionsmessung mit Gleichstromkomparator Substitutionsmessung Alterung 1,2*10-6 1,2*10-6 Messung 1,5*10-6 Weitergabe Normal Standardwiderstand Bereithaltung im Labor (6 Jahre) Vergleich mit Bezugsnormal Substitutionsmessung Bei 100 Ohm

10 Fluke 5720A Kalibrator (1) DVM HP Ohm Widerstandsbereich (2) Messung von einem 100 Ohm Widerstand Widerstandserzeugung 3* *10-6 Messung 13*10-6 1,1*10-3 Prüffeld Messung 1,2*10-3 (0,12%) Kalibrator DVM Messverfahren vor Ort Die Messunsicherheiten sind an einem fiktiven Beispiel abgeschätzt, entsprechen aber etwa der Realität. 1ppm = 1*10-6 = 0,0001%

11 Rückführungskette Kapazität Thompson-Lampard Kreuzkondensator Genrad 1404A Kapazitätsnormal Genrad 1404A Genrad 1404A LCR Messbrücke Komparatorbrücke 1*10-8 Berechneter Kondensator (Länge) Bereithaltung 1*10-6 Substitutionsmessung Substitutionsmessung eines GR1404A 1*10-6 Weitergabe Alterung 5*10-6 6*10-6 Messung 2*10-6 Direktmessung 8*10-6 Messung 2*10-5 Bereithaltung im Labor (5 Jahre) Messung mit C-Brücke Genrad 1620 Kalibrieren einer LCR Messbrücke 1000 pf = 1 nf, bei 1kHz

12 Kapazität einfach Kalibrierung an einfachem LCR Handmeter Direktmessung 3*10-5 2*10-4 Alterung Normal 1*10-3 Prüffeld Direktmessung 1,23*10-3 (0,123%) LCR Messbrücke Messverfahren vor Ort Messunsicherheit Meter 0,5% Die Messunsicherheiten sind an einem fiktiven Beispiel abgeschätzt, entsprechen aber etwa der Realität. 1ppm = 1*10-6

13 Rückführungskette Induktivität Kapazität und Widerstand Genrad 1482 Induktivitätsnormal Genrad 1482 Genrad 1482 LCR Messbrücke Maxwell-Wien- Brücke Messung mit Maxwell-Wien-Brücke Bereithaltung 6*10-5 Substitutionsmessung eines GR1482 3*10-5 Darstellung der Induktivität über Brückenberechnung 5*10-5 Weitergabe Alterung 1*10-4 1*10-4 Messung 2*10-4 Direktmessung 2*10-4 Messung 2,5*10-4 Bereithaltung im Labor (5 Jahre) Messung mit LCR Messbrücke Kalibrieren einer LCR Messbrücke Bsp: 1mH, 1kHz

14 Induktivität (Spule) Kalibrierung von einfachem LCR Handmeter Direktmessung 2,5*10-4 1*10-3 Alterung Spule 5*10-4 Prüffeld Direktmessung 1,2*10-3 (0,12%) LCR Messbrücke Messverfahren vor Ort Messunsicherheit Meter 0,5% Die Messunsicherheiten sind an einem fiktiven Beispiel abgeschätzt, entsprechen aber etwa der Realität.

15 Rückführungskette Frequenz (Zeit) Atomuhr DCF 77,5 khz Sender Cäsiumnormal oder Rubidiumnormal mit GPS Anbindung Frequenzzähler Frequenznormal z.b. Rubidium oder Generator (1) Physikalische Erzeugung Vergleichsmessung Phase Nulldurchgang Erzeugung der Frequenz und Vergleich mit DCF77 Vergleich mit Cäsiumnormal Frequenzmessung mit Frequenzzähler am Cäsium synchronisiert 1*10-16 Darstellung der Zeit im Labor 1*10-13 Weitergabe Referenzsignal 77,5 khz per Funk 1*10-12 keine Alterung 2*10-12 Alterung 2*10-8 1*10-12 Messung 1*10-12 Bereithaltung im Labor Bereithaltung im Labor () Auflösung Zähler 1*10-12 Hier Unsicherheit ohne Alterung, da synchron zu Cäsium (Auflösung Zähler)

16 Frequenzzähler (2) Messung 2*10-8 Oszillator Prüffeld Messung mit Zähler 1*10-7 Generator 1,2*10-7 Messverfahren vor Ort Messunsicherheit gilt für ein Jahr H-Atomuhr = Wasserstoffatomuhr ; CS-Atomuhr = Cäsiumatomuhr ; ST-Atomuhr = Strontium-Gitteruhr Das über Funk empfangbare GPS-Signal kann wie auch das DCF 77,5 khz-signal zur Synchronisierung eines Oszillators angewendet werden. GPS-Signal wird von Cäsiumuhren mit 5*10-13 erzeugt.. Die Messunsicherheiten sind an einem fiktiven Beispiel abgeschätzt, entsprechen aber etwa der Realität.

17 Rückführungskette HF Leistung Mikrokalorimeter Mikrokalorimeter Thermistor Mount Substitutionsmessung Thermistor- Splitter-Einheit Transfernormal Sensor Messung am Generator Komparatorbrücke 0,0025 Erzeugung und Rückführung auf Temperatur für Wirkungsgrad 0,003 Bereithaltung 0,003 Prüffeld Leistungsmessung mit Bezugsnormal Leistungsmessung mit Thermistor- Splitter-Einheit Leistungsmessung Gilt für ca. 1GHz, Messwert des Kalibrierungsfaktor 1=100% ; Thermistor Alterung 0,001 0,004 Transfermessung + Alterung 0,001 0,005 Messung 0,008 0,009 (0,9%) Weitergabe auf Thermistormount Bereithaltung im Labor (3Jahre) Kalibrierung des Transfernormals und Bereithaltung () Kalibrierung des Sensors Unsicherheit durch Reflexion beachten

18 Die Messunsicherheiten sind an einem fiktiven Beispiel abgeschätzt, entsprechen aber etwa der Realität. 0,005 = 0,5% entspricht ; 0,5%=0,025dB ; kleine Messunsicherheiten sind nur bei niedrigen Reflexionsfaktoren oder mit deren Korrektur möglich Rückführungskette HF-Dämpfung Dämpfungsmessplatz Dämpfungsnormal Netzwerkanalysator Leistungs- oder Spannungs- Verhältnismethode 0,003 db Detektion mit Thermistor bzw. Wechselspannungsmessung Substitutionsmessung Dämpfungsnormal Substitution mit Netzwerkanalysator Dämpfungsnormal 0,005 db Dämpfungsnormal 0,02 db Bereithaltung und Weitergabe 0,02 db Bereithaltung im Labor Alterung 0,005 db Dämpfungsglied (1) Hier 10 db bis 10 GHz Substitution mit Netzwerkanalysator oder Messung mit Dämpfungsmessplatz 0,025 db Messung 0,005 db Anschlüsse beachten

19 Netzwerkanalysator (2) Messung an Dämpfungsglied Prüffeld Dämpfungskalibrierung Dämpfungsmessung 0,03 db 0,01 db Bei den Messunsicherheiten bei Dämpfungsmessungen sind die Reflexionswerte der Dämpfungsnormale zu beachten Netzwerkanalysator 0,04 db Messverfahren vor Ort Messunsicherheit gilt für ein Jahr Die Messunsicherheiten sind an einem fiktiven Beispiel abgeschätzt, entsprechen aber etwa der Realität.

20 Rückführungskette HF-Reflexion Reflexionsmessplatz Reflexionsnormal Netzwerkanalysator VNA Luftleitung 0,001 Reflektometer bzw. VSWR-Brücke auch möglich Substitutionsmessung Reflexionsnormal Substitution mit Netzwerkanalysator Reflexionsnormal Reflexionsnormal (1) 0,003 Substitution mit Netzwerkanalysator oder Messung mit Reflektometerplatz 0,002 Reflexionsnormal 0,003 Bereithaltung und Weitergabe Alterung 0,001 0,004 Messung 0,001 Bereithaltung im Labor (4 Jahre) Anschlüsse beachten Reflexionsfaktorbetrag r=1,000 = volle Reflexion Coax ; < 10 GHz

21 Netzwerkanalysator (2) Messung an Reflexionsnormal VNA = Vektorieller Netzwerkanalysator Prüffeld Reflexionskalibrierung Reflexionsmessung 0,005 0,004 Netzwerkanalysator 0,009 Messverfahren vor Ort Messunsicherheit gilt für ein Jahr Die Messunsicherheiten sind an einem fiktiven Beispiel abgeschätzt, entsprechen aber etwa der Realität.