DEUTSCHER KALIBRIERDIENST

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1 DEUTSCHER KALIBRIERDIENST Abschlussbericht DKD-Ringvergleich Kalibrierung von Oszilloskopen Seite 1 von 23

2 Herausgegeben von der Akkreditierungsstelle des Deutschen Kalibrierdienstes (DKD) bei der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Zusammenarbeit mit den OE 2.22 und 2.21 der PTB. Copyright 2005 by DKD Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Deutscher Kalibrierdienst (DKD) Im DKD sind Kalibrierlaboratorien von Industrieunternehmen, Forschungsinstituten, technischen Behörden, Überwachungs- und Prüfinstitutionen zusammengeschlossen. Sie werden von der Akkreditierungsstelle des DKD bei der PTB akkreditiert und überwacht. Sie führen Kalibrierungen von Messgeräten und Maßverkörperungen für die bei der Akkreditierung festgelegten Messgrößen und Messbereiche durch. Die von ihnen ausgestellten DKD-Kalibrierscheine sind ein Nachweis für die Rückführung auf nationale Normale, wie sie von der Normenfamilie DIN EN ISO 9000 und der DIN EN ISO/IEC gefordert wird. Kalibrierungen durch DKD-Laboratorien geben dem Anwender Sicherheit für die Verlässlichkeit von Messergebnissen, erhöhen das Vertrauen der Kunden und die Wettbewerbsfähigkeit auf dem nationalen und internationalen Markt und dienen als messtechnische Grundlage für die Mess- und Prüfmittelüberwachung im Rahmen von Qualitätssicherungsmaßnahmen. Im DKD werden Kalibriermöglichkeiten für elektrische Messgrößen, für Länge, Winkel und weitere geometrische Größen, für Rauheit, Koordinaten- und Formmesstechnik, für Zeit und Frequenz, für Kraft, Drehmoment, Beschleunigung, Druck, Durchfluss, Temperatur, Feuchte, medizinische Messgrößen, akustische Messgrößen, optische Messgrößen, ionisierende Strahlung und weitere Messgrößen angeboten. Veröffentlichungen: siehe Internet Anschrift: Deutscher Kalibrierdienst bei der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Bundesallee 100, D Braunschweig Postfach 33 45, D Braunschweig Telefon Sekretariat: (05 31) Fax: (05 31) dkd@ptb.de Internet: Seite 2 von 23

3 Deutscher Kalibrierdienst Physikalisch-Technische Bundesanstalt FL: Hochfrequentechnik FL: Elektromagnetische Felder Abschlussbericht zum DKD-Ringvergleich Kalibrierung von Oszilloskopen Horizontalablenkung, Vertikalablenkung, Bandbreite, Anstiegszeit, Frequenzgang, Betrag des Eingangsreflexionsfaktors DKD / PTB FL 2.22 und FL 2.21 April 2005 Seite 3 von 23

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5 Bericht über den DKD-Ringvergleich Kalibrierung von Oszilloskopen Abschluss der Messungen: Dezember 2001 Abschluss des Berichtes: April 2005 Organisation und Referenzlaboratorien: Laboratorium für Hochfrequenzmesstechnik (2.22) und Laboratorium für Elektromagnetische Felder (2.21) Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig Dr. Dieter Janik und Dr. Meinhard Spitzer Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) Bundesallee 100, Braunschweig Seite 5 von 23

6 1. Einleitung In zahlreichen DKD-Kalibrierlaboratorien werden Oszilloskope rückgeführt auf Grundgrößen wie Gleich-, Wechsel- und Hochfrequenzspannung, Anstiegszeit und Frequenz kalibriert. In der PTB jedoch werden Oszilloskope für Dritte nicht kalibriert. Um dennoch eine Überprüfung der Messeinrichtungen zur Kalibrierung von Oszilloskopen in akkreditierten DKD-Kalibrierlaboratorien und anderen Laboratorien zu ermöglichen, wurde auf der 25. Sitzung des Fachausschusses Hochfrequenz und Optik im Mai 2000 beschlossen einen nationalen Ringvergleich durchzuführen. Die Organisation lag in den Händen der Laboratorien für Hochfrequenzmesstechnik (2.22) und für Elektromagnetische Felder (2.21) der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig. Hier wurden auch die Referenzmessungen an einem als Messobjekt zur Verfügung gestellten Oszilloskop vorgenommen. 2. Messobjekt Als Messobjekt für den Ringvergleich wurde von der Luftwaffenwerft 84 der Bundeswehr in Mechernich ein tragbares analoges Oszilloskop Typ Tektronix 2465 B mit vier Eingängen (Kanal 1 bis 4) und mit einer Bandbreite von etwa 400 MHz zu Verfügung gestellt. Die Eingangsimpedanz war zwischen hochohmig (1 MΩ) und niederohmig (50 Ω) - für höhere Frequenzen umschaltbar. Dieses Oszilloskop entspricht den Oszilloskoptypen, die z. Z. häufig in die Kalibrierlaboratorien zur Messung geschickt werden. Wir möchten an dieser Stelle noch einmal der Luftwaffenwerft 84 in Mechernich für die Überlassung des Oszilloskops für die Dauer des Vergleichs herzlich danken. 3. Messgrößen Die Messaufgabe des Vergleiches bestand in der Kalibrierung des Oszilloskops, wie sie für Dritte üblicherweise ausgeführt wird, jedoch mit kleinstmöglicher Messunsicherheit. Die akkreditierten DKD-Laboratorien mussten im Rahmen der Akkreditierung das Oszilloskop vermessen und diese Ergebnisse in einem DKD-Kalibrierschein dokumentieren. Es konnten aber auch zusätzliche Bereiche gemessen werden, jedoch außerhalb der DKD- Akkreditierung, die im Kalibrierschein deutlich gekennzeichnet werden mussten. Die nichtakkreditierten Laboratorien sollten die Ergebnisse in Form eines anderen Kalibrierscheins mit Angabe der erweiterten Messunicherheit (k=2) dokumentieren. Seite 6 von 23

7 Im Einzelnen wurden in diesem Vergleich zu Beginn der Messungen die folgenden Messaufgaben an dem Oszilloskop vereinbart: Für den Eingang Kanal 1 des Oszilloskops Tektronix 2465 B : 1. Horizontalablenkung (Kalibrieren der Zeitachse) 2. Vertikalablenkung (Kalibrieren der Amplitudenanzeige zwischen 2 mv und 5 V) a. Bei der Einstellung 1 MΩ / DC - gekoppelt b. Bei der Einstellung 50 Ω / DC - gekoppelt 3. Bei der Einstellung 50 Ω / DC - gekoppelt: 3 db-bandbreite 4. Bei der Einstellung 50 Ω / DC - gekoppelt Anstiegszeit (alternativ oder zusätzlich zur 3 db Bandbreite) 5. Bei der Einstellung 50 Ω / DC - gekoppelt: Frequenzgang bis zur 3 db Bandbreite (in 25 MHz Schritten) (optional!) 6. Bei der Einstellung 50 Ω / DC: Betrag des Eingangsreflexionsfaktors (optional!) Die Messwerte waren am Bildschirm des Oszilloskops abzulesen. Folgende Richtlinie war bei den Messungen zu beachten: DKD-Richtlinie DKD-R1-2 Kalibrieren von Oszilloskopen Ferner wurde auf folgende Literatur hingewiesen: D. Janik, L. Dallwitz, M. Spitzer: Methoden der HF-Spannungsmessung im Vergleich: Anwendung auf die Kalibrierung von Oszilloskopen bis in den GHz Bereich. In: H. Bachmair, U. Stumper (Hrsg.): Aktuelle Probleme der Weitergabe von HF- Messgrößen. PTB Bericht E-58, Braunschweig: PTB, Juni 1998, S Teilnehmer und Zeitablauf Mit einem Brief vom einschließlich einer vorläufigen Teilnehmerliste (6 Laboratorien) wurde noch einmal offiziell zu dem Ringvergleich eingeladen, um auch anderen Laboratorien eine Teilnahme zu ermöglichen. An dem Vergleich haben endgültig insgesamt 12 DKD-Kalibrierlaboratorien und die PTB-Laboratorien 2.22 und 2.21 als Referenzlaboratorien teilgenommen. Ursprünglich war der Start des Vergleiches für das Frühjahr 2001 geplant. Aus organisatorischen Gründen bat ein Teilnehmer seine Messungen vorzeitig im Dezember 2000 ausführen zu dürfen. Offiziell jedoch begann der Vergleich mit der Versendung des Oszilloskops am zum ersten Teilnehmer des ursprünglich geplanten Zeitablaufes. Alle Teilnehmer und die Verweilzeiten zur Messung in den Laboratorien sind dem unten gezeigten Zeitplan zu entnehmen. Von den Teilnehmern waren nur einige für die Kalibrierung von Oszilloskopen akkreditiert und diese auch nur für Seite 7 von 23

8 einen Teil der durchgeführten Messungen. Für diese Bereiche, für die also eine DKD - Akkreditierung bestand, sind die berechneten E n -Werte in den Tabellen 1 bis 4 in Fettdruck wiedergegeben und in den Bildern sind sie durch eine schräge Schraffur hervorgehoben. Für die Teilnehmer akkreditierter Laboratorien bestand eine Teilnahmepflicht. Viele Messungen wurden aber auch zusätzlich ohne Akkreditierung vorgenommen. Die Messungen des Vergleiches wurden mit der Rückmessung in der PTB am Ende Dezember 2001 beendet. Dabei zeigte sich eine gute zeitliche Stabilität der Oszilloskop-Messgrößen während des Vergleiches. Darum wird in den Auswertungen für die PTB nur ein Wert, der Mittelwert aus der Hin- und Rückmessung, angegeben Zeitlicher Ablauf des Ringvergleiches: Kalibrierung von Oszilloskopen Lfd.Nr. Laboratorium Verweilzeit 1. DKD-K ZMK-Sachsen-Anhalt, Wolfen Im Dezember DKD-K ESZ-Elektronik, Germering DKD-K Systems-Engineering, Stolberg DKD-K Tektronix GmbH, Köln DKD-K Fluke Deutschland, Kassel DKD-K Livingston Calibration, Darmstadt DKD-K EADS, Manching DKD-K Kalibriercentrum Bayern, München DKD-K F.E.S. GmbH, Dippoldswalde DKD-K KDK Kalibrierdienst, Heidelberg DKD-K Messtechnik NORD, Wedel DKD-K Kalibrierlabor W. Kriebitz, München (jetzt: Test Industrial Services) 13. PTB Rückmessung Seite 8 von 23

9 5. Auswertung der Messergebnisse 5.1 Anonyme Nennung der Teilnehmer bei den Messergebnissen Etwa die Hälfte der Messergebnisse sind von Kalibrierlaboratorien ermittelt worden, die nicht oder noch nicht akkreditiert sind, die also freiwillig an diesem Vergleich teilgenommen haben. Es bestand offensichtlich die Absicht, die eigene Messfähigkeit für Oszilloskopgrößen zu überprüfen. Andererseits sollten mit diesem Vergleich die akkreditierten Messunsicherheiten anderer Laboratorien überprüft werden. Beide Absichten werden erfüllt, auch wenn die teilnehmenden Laboratorien in diesem Bericht nicht namentlich genannt werden. Die Teilnehmer werden in diesem Vergleich nur anonym mit einer Nr. bezeichnet, die nicht mit der laufenden Nr. im Zeitplan übereinstimmt. Zusammen mit diesem Bericht wird jedem Teilnehmer individuell nur seine Nr. mitgeteilt, um die eigenen Ergebnisse erkennen zu können. 5.2 Zusammenfassung der Messwerte für die Vertikal- und Horizontalablenkung Bei der Kalibrierung der Vertikal- und der Horizontalablenkung des Oszilloskops entstanden sehr viele Messwerte. Auf Grund der verschiedenen Einstellmöglichkeiten der Ablenkungen ergaben sich für die Vertikalablenkung (2 mv bis 5 V) 11 Messwerte und für die Horizontalablenkung im ms- und im μs-bereich je 9 Messwerte. Die Auswertung und Darstellung aller einzelner Messwerte wäre sehr umfangreich geworden. Eine Analyse der Messwerte zeigte, dass sich die protokollierten gemessenen relativen Abweichungen nur sehr wenig mit der Einstellung des Bereichswählers ändern. Es wurden daher für jeden Teilnehmer die Messwerte für die Vertikalablenkung über den ganzen Bereich und für die Horizontalabweichung jeweils über den ganzen ms-bereich und den ganzen μs-bereich gemittelt. Zur Kontrolle wurde für jede Mittelung die Standardabweichung der Messwerte über den Bereich berechnet und angegeben, um zu zeigen, dass sie wesentlich kleiner als die angegebenen Messunsicherheiten bleiben. Damit ergaben sich für jeden Teilnehmer für die Vertikalablenkung nur ein Ergebnis und für die Horizontalablenkung 2 Ergebnisse. Aus den Angaben der Messergebnisse für die Ablenkungen im Kalibrierschein wurden jeweils die relativen Abweichungen berechnet, die sich aus der Differenz zwischen der Anzeige am Oszilloskop und dem Messwert am Messgerät (meist Oszilloskop-Kalibrator) bezogen auf den Messwert ergaben. 5.3 Ermittlung des E n -Wertes Zur Beurteilung der Messergebnisse wurden die Abweichungen der einzelnen Messergebnisse der verschiedenen Teilnehmer vom Messwert der PTB, der als Referenzwert angenommen wurde, ermittelt. Die Auswahl des PTB-Wertes als Referenzwert beruht auf der Annahme, dass er mit dem höchsten Aufwand ermittelt wurde und daher der wahrscheinlich beste Wert ist. Es besteht eine Ausnahme: Bei der Horizontalablenkung wurde der Mittelwert aller Teilnehmer als Referenzwert herangezogen. Es zeigte sich bei der Kalibrierung der Horizontalablenkung, dass die Messunsicherheit des Kalibriersignals (z.b. aus einem Kalibrator) wesentlich kleiner ist als die Ableseunsicherheiten am Bildschirmgitter des Oszilloskops. Diese Ableseunsicherheiten treten aber bei allen Teilnehmern in etwa gleichem Ausmaß auf. Seite 9 von 23

10 Als Maß zur Beurteilung des Messergebnisses eines Teilnehmers bei einem Ringvergleich hat sich der E n -Wert bewährt (s. EA-Richtlinie EA-2/03). Für ein akzeptables Ergebnis soll E n < 1 sein. Der E n - Wert berechnet sich aus der Differenz zwischen dem Messwert des Teilnehmers MW Teil und dem Referenzmesswert MW Ref dividiert durch die quadratische Summe der erweiterten Messunsicherheiten ( k=2) der beiden Messwerte zu: E n = U 2 MW Teil MW Ref 2 ( MWTeil ) + U ( MWRef ) Die E n - Werte zu den Ergebnissen der einzelnen Messgrößen werden in den Tabellen 1 bis 4 mit angegeben und in den Bildern 1 bis 4 als Grafik dargestellt, damit ist eine schnelle Übersicht der Messergebnisse möglich. 6. Messergebnisse 6.1 Horizontalablenkung (Zeitachse) In den Tabellen 1a und 1 b sind die gemittelten Ergebnisse für den ms-bereich und den μs-bereich mit den sich bei der Mittelung ergebenden Standardabweichungen wiedergegeben. Grafisch dargestellt sind die Ergebnisse sowie die E n - Werte in den Bildern 1a und 1b. Es zeigt sich, dass die Standardabweichungen fast bei allen Teilnehmern wesentlich kleiner als die Messunsicherheiten sind. Damit ist die gewählte Art der Zusammenfassung der Messwerte in den μs- und ms-bereich gerechtfertigt. Ausführliche Wiederholungsmessungen in der PTB haben gezeigt, dass sich bei der Einstellung des Oszilloskop-Strahls auf das Bildschirmgitter eine Ablesemessunsicherheit (k = 2) im Bereich von etwa 0,1% 0,2 % ergibt. Die Messunsicherheit des Kalibriersignals, eines Zeitmarkengebers, ist dagegen vernachlässigbar. Bei Messunsicherheiten für die Horizontalablenkung, die weit unter 0,1 % liegen, wurde offenbar dieser Beitrag zur Messunsicherheit nicht berücksichtigt (z.b. Teilnehmer 11). Der Vergleich der Messergebnisse sowie der E n -Werte zwischen dem ms-bereich und den μs- Bereich zeigt eine große Übereinstimmung. Die relative Abweichung der Horizontalanzeige ist also nur wenig vom Messbereich abhängig. Das Ergebnis des Vergleiches bezüglich der Horizontalablenkung ist gut, da die E n - Werte aller Teilnehmer unter 1 bleiben, die der akkreditierten DKD-Laboratorien unter 0,5 6.2 Vertikalablenkung (Kanal 1) Bei der Kalibrierung der Vertikalablenkung zeigte sich, dass sich die gemessenen relativen Abweichungen nur sehr wenig ändern, wenn man zwischen dem hochohmigen Eingang (1 MΩ) und dem niederohmigen Eingang (50 Ω) wechselt. Bei der Auswertung wurde daher zwischen den beiden Einstellungen nicht unterschieden. Die Spannungsmessbereiche wurden auf die Bereiche zwischen 2 mv/div und 1 V/div, in denen für alle Teilnehmer Messwerte vorliegen, beschränkt. Seite 10 von 23

11 In der Tabelle 2 sind die über die Bereiche 2 mv/div bis 1 V/div gemittelten Ergebnisse mit den sich bei der Mittelung ergebenden Standardabweichungen angegeben. Im Bild 2 sind sie zusammen mit den Messunsicherheiten (k = 2) sowie die E n - Werte grafisch dargestellt. Bei den meisten Teilnehmermesswerten bestätigt sich, dass die Standardabweichung der Mittelung wesentlich unter 0,1 % liegt und damit klein gegen die Messunsicherheit ist. Das Verfahren der gemittelten Auswertung ist damit gerechtfertigt. Bei wenigen Teilnehmern zeigt sich aber eine größere Standardabweichung bei der Mittelung (vor allem Teilnehmer Nr.9), hier treten offenbar in einzelnen Spannungsmessbereichen größere Abweichungen auf. Die Absolutbeträge der E n - Werte der DKD akkreditierten Laboratorien sind alle kleiner 0,3 und damit wesentlich kleiner als 1, ein gutes Ergebnis. Für zwei nicht- DKD-akkreditierte Laboratorien sind die Beträge der E n -Werte größer 1 (etwa 1,1 und 2,0). Bei diesen beiden Teilnehmern ist die Abweichung zum Referenzwert recht groß, zusätzlich ist beim Teilnehmer 5 auch die Messunsicherheit recht klein. 6.3 Anstiegszeit und 3-dB Bandbreite Die 3-dB-Bandbreite BḆ 3dB gibt Auskunft, bis zu welcher oberen Frequenzgrenze ein Oszilloskop benutzt werden kann. Mit der Anstiegszeit t 0 des Oszilloskops andererseits läßt sich ermitteln, in welchem Maße die Anstiegszeit eines gemessenen Pulses durch das Oszilloskop vergrößert wird. Entspricht die Tiefpass-Charakteristik des Oszilloskop-Verstärkers der eines Gauss Tiefpasses, lassen sich die beiden Größen ineinander umrechnen mit: t 0 0,35. = B 3dB Aus den Tabellen 3 (Anstiegszeit) und 4 (3 db-bandbreite) ist zu entnehmen, dass viele Teilnehmer beide Messgrößen bestimmt haben. Für die Anstiegszeit bleiben alle E n -Werte kleiner 1, ein zufriedenstellendes Ergebnis. Dass aber die E n -Werte auch der akkreditierten Laboratorien (3 und 9) nur wenig unter 1 liegen, zeigt die Schwierigkeiten der genauen Anstiegszeitmessung. Die 3-dB-Bandbreite wurde von fast allen Teilnehmern gemessen, obgleich nur 4 Laboratorien akkreditiert waren. Der E n -Wert der akkreditierten Laboratorien ist weit unter 1, ein gutes Ergebnis. Bei zwei nicht akkreditierten Laboratorien (die beide eine recht kleine Messunsicherheit angegeben haben, die unter der der PTB liegen!) ist der E n - Wert wesentlich über 1, hier müssen die Teilnehmer ihre Messunsicherheitsabschätzung überprüfen. In der DKD Oszilloskop - Richtlinie und auch zu Beginn des Vergleiches ist die niederfrequente Bezugsfrequenz zur Berechnung der 3 db Abschwächung nicht genau festgelegt worden. Gemäß Tabelle 4 lagen die gewählten Bezugsfrequenzen der Teilnehmer zwischen 0,01 MHz und 25 MHz. In Bild 5 ist das Messergebniss der PTB für den Frequenzgang des Oszilloskops dargestellt. Da auch im Niederfrequenzbereich der Frequenzgang noch frequenzabhängig ist, ergibt sich eine Änderung der 3-dB-Bandbreite um etwa 4 MHz bei den verschiedenen Bezugsfrequenzen zwischen 0,01 MHz und 25 MHz. Diese Schwankung liegt bereits in der Seite 11 von 23

12 Größe der kleinsten Messunsicherheiten. Bei einem genauen Vergleich der 3-dB- Bandbreiten kann also die Angabe der Bezugsfrequenz wichtig sein. Im Bild 5 ist ferner der Frequenzgang des Oszilloskops dargestellt, wenn die Tiefpass-Charakteristik des Oszilloskops exakt einem Gauss-Tiefpass entsprochen hätte. Die 3-dB-Bandbreite des realen Oszilloskops und des idealen Oszilloskops mit gaussschem Tiefpassverhalten wurde mit BḆ 3dB 474 MHz gleichgesetzt. Es ist aber ein deutlicher Unterschied zwischen den beiden Frequenzgängen zu erkennen, d.h., dass das Oszilloskop im Ringvergleich kein gausssches Tiefpassverhalten zeigt. Berechnet man die Anstiegszeit t 0 gemäß der oben angebenen Formel ergibt sich: t B = 0,35/474 MHz = 0,74 ns, während sich aus der Messung t 0 Mess = 0,86 ergab, also eine Abweichung zwischen Berechnung und Messung um etwa 0,12 ns oder 16 % der Anstiegszeit. 6.4 Betrag des Eingangs-Reflexionsfaktors Das Angebot -optional den Eingangs-Reflexionsfaktor zu messen - haben nur zwei Teilnehmer angenommen. Zur Information dieser Teilnehmer über ihre Messergebnisse sind sie in Bild 6 zusammen mit den Messwerten der PTB einschließlich der PTB-Messunsicherheiten ( k =2) - als Referenzwerte - wiedergegeben. Die Ergebnisse eines Teilnehmers stimmen gut mit der Werten der PTB innerhalb der PTB Messunsicherheiten überein. Die Übereinstimmung des anderen Teilnehmers dagegen ist nur bis 300 MHz gegeben, über 300 MHz zeigen sich große Abweichungen. Für den Zusammenhang zwischen dem Reflexionsfaktor Γ ein und der Eingangsimpedanz Z ein eines Eintors gilt: Γ ein Z = Z ein ein Z + Z 0 0 Daraus wird bei nicht zu großer Abweichung der Impedanz Z ein von der Nominalimpedanz Z 0, also bei Z ein Z 0 : Z Z 1+ 2Γ ein 0( ein Gemäß den Ergebnisse für das Oszilloskop mit Γ ein 0,18 kann also der Betrag der Eingangsimpedanz Z ein des Oszilloskops um bis zu ca. 36% vom Nominalwert 50 Ω abweichen. ). 6.5 Zusammenfassung der Ergebnisse Die große Anzahl von 12 Teilnehmern an diesem nationalen DKD Ringvergleich zeigt, dass die Kalibrierung von Oszilloskopen in den Kalibrierlaboratorien oft nachgefragt wird. Der Umfang der Messungen der einzelnen Teilnehmer war unterschiedlich: alle haben die Vertikal- und die Horizontalablenkung kalibriert, bis Seite 12 von 23

13 auf einen Teilnehmer haben auch alle die 3 db-bandbreite bestimmt, dabei haben 4 Teilnehmer auch die Messwerte für den gesamten Frequenzgang angegeben. Zusätzlich noch die Anstiegszeit haben 7 Teilnehmer gemessen, während der Betrag des Reflexionsfaktors nur noch von zwei Teilnehmern bestimmt wurde. Für den DKD ist das Ergebnis sehr zufriedenstellend, denn für die DKD akkreditierten Laboratorien waren die Absolutbeträge der E n - Werte für alle akkreditierten Messgrößen kleiner als 1, in den meisten Fällen sogar wesentlich kleiner als 1. Bei den nicht akkreditierten Messgrößen traten nur bei wenigen Teilnehmern E n - Werte größer 1 auf: bei der Vertikalablenkung in zwei Fällen, bei der Bandbreite auch in zwei Fällen und bei der Anstiegszeitmessung nur in einem Fall. Das zeigt, dass fast immer die Messunsicherheit sehr sorgfältig abgeschätzt wird, auch wenn keine Akkreditierung vorliegt. 7. Schlussbemerkung Wir danken den 12 DKD-Kalibrierlaboratorien für die Teilnahme an diesem nationalen Ringvergleich und für die Einhaltung des Zeitplans, so dass die Messungen innerhalb etwa eines Jahres abgeschlossen werden konnten. Das ist besonders erwähnenswert, denn es mussten an dem Oszilloskop mehrere Messgrößen oft in vielen Messbereichen ermittelt werden. Dazu kam die Dokumentation in einem Kalibrierschein, der meist mehrere Seiten umfasste. Darum ist der gute Abschluss dieses Vergleiches, der nach unserem Wissen der erste nationale Vergleich für die Messgröße Kalibrierung von Oszilloskopen war, besonders erfreulich. Seite 13 von 23

14 Tabelle 1 a: Ergebnisse für die Horizontalablenkung im ms-bereich (gemittelt über alle Messbereiche im μs-bereich mit dazugehöriger Standardabweichung ) Lab. Nr. Rel. Abweichung. Betrag der rel. Abwei. Uns.(k=2) Std.abw. Diff(Ref. Mitt.) E n (fett akkr.) in % in % in % in % in % 1-0,173 0,173 0,200 0,066-0,046-0,14 2 0,000 0,000 0,183 0,000 0,127 0,41 3-0,259 0,259 0,113 0,034-0,132-0,49 4-0,275 0,280 0,300 0,045-0,148-0,38 5-0,167 0,167 0,100 0,087-0,040-0,15 6-0,232 0,232 1,000 0,090-0,105-0,10 7-0,108 0,108 0,020 0,051 0,019 0,08 8-0,112 0,112 0,100 0,025 0,014 0,05 9-0,196 0,196 0,500 0,006-0,069-0, ,278 0,278 0,500 0,044-0,151-0, ,025-0,025 0,000 0,007 0,152 0, ,000 0,000 0,410 0,000 0,127 0, ,124 0,124 0,700 0,000 0,251 0,34 Mittel -0,127 Std. Abw. 0,124 Mu,2*Std 0,246 Tabelle 1 b: Ergebnisse für die Horizontalablenkung im μs-bereich (gemittelt über alle Messbereiche im μs-bereich mit dazugehöriger Standardabweichung) Lab.Nr. Rel. Abwei. Betrag der Uns.(k=2) Std.abw. Diff(Re Mit.) E n rel. Abwei. (fett in % in % in % in % in % akkr.) 1-0,100 0,100 0,200 0,074 0,04 0,13 2 0,000 0,000 0,183 0,000 0,14 0,47 3-0,252 0,252 0,124 0,044-0,11-0,41 4-0,300 0,300 0,300 0,100-0,16-0,41 5-0,144 0,144 0,100 0,053 0,00-0,01 6-0,197 0,197 1,000 0,072-0,06-0,05 7-0,072 0,072 0,020 0,055 0,07 0,29 8-0,125 0,125 0,100 0,000 0,02 0,06 9-0,224 0,224 0,500 0,085-0,08-0, ,267 0,267 0,500 0,071-0,13-0, ,030-0,030 0,000 0,008 0,17 0, ,039 0,039 0,410 0,070 0,10 0, ,106 0,106 0,700 0,020 0,25 0,33 Mittel -0,141 Std.Abw. 0,120 Mu,2*Std 0,240 Seite 14 von 23

15 Tabelle 2: Ergebnisse für die Vertikalablenkung, 1 MΩ und 50 Ω (gemittelt über alle Messbereiche 2 mv bis 5 V mit dazugehöriger Standardabweichung) Lab Nr. Mittlere Messuns. Std.Abw. Diff(Re. PTB) En Abweichung (fett in % in % in % in % akkr.) 1 0,93 0,30 0, ,40 0,60 0,23-0,53-0,79 3 0,93 0,26 0,05 0,00 0,00 4 1,06 0,50 0,05 0,13 0,22 5 0,31 0,10 0,06-0,62-1,96 6 0,87 1,00 0,15-0,06-0,06 7 0,80 1,00 0,07-0,13-0,12 8 0,45 1,40 0,06-0,48-0,34 9 0,83 0,50 0,79-0,10-0, ,83 0,50 0,19-0,10-0, ,23 0,54 0,25-0,70-1, ,93 0,59 0,07 0,00 0, ,53 1,20 0,05-0,40-0,32 Mittelw. 0,70 Seite 15 von 23

16 Tabelle 3: Ergebnisse für die Anstiegszeit-Messung Lab. Nr Anstiegszeit (10 %-90 %) ns Messunsicherheit (k=2) ns En (fett akkr.) 1 0,86 0, ,91 0,052 0,62 3 0,80 0,060-0,70 4 0,86 0,062 0, ,83 0,050-0,38 9 0,79 0,050-0, ,79 0,050-0, ,71 0,045-2,02 Tabelle 4 : Ergebnisse für die 3-dB Bandbreiten-Messung Lab. Nr. 3 db Bandbreite Bezugs- Frequenz Messunsicherheit (k = 2) E n (fett akkr.) MHz MHz MHz , ,6-2, ,6 1, , , ,5 0, , , , , , , ,1 14,4 0, ,13 Seite 16 von 23

17 Rel. Abweichung der Horizontalablenkung im ms Bereich Rel. Abweichung in % 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00-0,20-0,40-0,60-0,80-1,00-1,20-1, Laboratorium Bild 1a: Gemessene relative Abweichung der Horizontalablenkung im ms-bereich mit Messunsicherheiten ( k = 2) und E n -Werten Seite 17 von 23

18 1,00 0,80 0,60 Rel. Abweichung der Horizontalablenkung im μs Bereich Rel. Abweichung in % 0,40 0,20 0,00-0,20-0,40-0,60-0,80-1,00-1,20-1, Laboratorium Bild 1b: Gemessene relative Abweichung der Horizontalablenkung im μs-bereich mit Messunsicherheiten ( k = 2) und E n -Werten Seite 18 von 23

19 Rel. Abweichung der Vertikalablenkung 2,0 1,5 Re. l Abweichung in % 1,0 0,5 0,0-0, ,0 Laboratorium Bild 2: Gemessene relative Abweichung der Vertikalablenkung mit Messunsicherheiten ( k = 2) und E n -Werten Seite 19 von 23

20 Anstiegszeit (10%-90%) des Oszilloskops 1 0,95 0,9 Anstiegszeit in ns 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0, Laboratorium Bild 3: Messergebnisse für die Anstiegszeit mit Messunsicherheiten ( k = 2) und E n -Werten Seite 20 von 23

21 Gemessene 3 db-bandbreite in MHz db Bandbreite in MHz Laboratorium Bild 4: Messergebnisse für die 3-dB Bandbreite mit Messunsicherheiten ( k = 2) und E n -Werten Seite 21 von 23

22 1,00 0,00-1,00 Ref 50 khz Ref 25 MHz Ref 75 MHz Gauss U/Uref in db -2,00-3,00-4,00-5,00-6, Frequenz in MHz Bild 5: Gemessener Frequenzgang des Oszilloskops 2465 B bei verschiedenen Bezugsfrequenzen sowie der aus der gemessenen bandbreite berechnete Frequenzgang bei Annahme eines gauss- schen Tiefpassverhaltens Seite 22 von 23

23 Betrag des Reflexionsfaktors 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 Nr. 7 Nr 8 PTB 0, Frequenz in MHz Bild 6: Betrag des gemessenen Reflexionsfaktors am Eingang des Oszilloskops mit Messunsicherheiten ( k = 2) der PTB Seite 23 von 23