V Millivoltibrierng an Keithley 181 nd Keithley 6 V.1 ndirekte Erzegng kleiner Spannngen mit Keithley 6 Die Qelle Keithley 6 s. Kapitel kann neben direkter Spannngserzegng oder Erzegng am Mltifnktionsibrator 5700 im Gleichstrommods zsammen mit ibrierten Widerständen daz gentzt werden Kleinstspannngen irekt z liefern. Mit den bekannten Zsammenhängen des Ohmschen Gesetzes können dabei die entsprechenden Spannngspnkte errechnet werden. n ktivitäts- nd thermospannngsarmen Festwiderständen z.b. Brster 140, Bild V.1 erfolgt der nschlss der Stromqelle wie in Bid V. zsammen mit dem Kalibriergegenstand. Gezeigt ist die Vergleichsmessng am eigenen Nanovoltmeter Keithley 181. Drch die hohe Compliance Spannng von 1 V des Stromtreibers wird der sgangsstrom fast nabhängig vom Lastwiderstand immer Bild V.1 Festwiderstände Brster 140. nschlss in 4-Draht Technik konstant gehalten. m Millivoltbereich kann die Qelle also bedenkenlos eingesetzt werden. Sehr kleine Spannngen erfordern eine Berhigngszeit von ca. Minten nd den Einsatz der Zero Fnktion an der Qelle m ggf. Offsetspannngen am Messobjekt z ermitteln. n der egel ist die richtige Konfigration mit GUD drchzführen, sollte aber afgrnd der gten erformance der Qelle fast nerheblich sein. m Zweifelsfall s die Herstellerangaben nd die ngaben as dem Betriebshandbch z ate z ziehen. Gte Ergebnisse erzielt dieses Messverfahren für die Erzegng von 1 µv bis 00 mv bei Verwendng von Messströmen von >0 n bis 0 µ über Widerständen von 100 bis 10 k. Lässt sich der Bild V. - Millivoltibrierng an Stromqelle Keithley 6: n der Qelle eingestellt s 10 µ an 100,0019. Mit dem korrigierten Wert as dem Kalibrierschein 9,99884 µ ergibt sich rechnerisch eine Spannng 0,99990 mv. Das eigene Nanovoltmeter zeigt 0,99997 mv. Die Ergebnisse dieser Vergleichsmessngen werden als eprodktionsaswertngen im Messnsicherheitsbdget berücksichtigt. Nllpnkt besser als im.g. thermoeletrischen Bereich reprodzieren s sogar elativibrierngen mit kleineren Messnsicherheiten machbar vgl..1.1. Copyright esz G calibration & metrology 014. Jede rt ach aszgsweise der Vervielfältigng, sdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz G calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 8 Eichena, Germany. lle echte vorbehalten. / ll rights reserved. nternet: http://www.esz-ag.de E-Mail: info@esz-ag.de
V. Messnsicherheitsbilanz Skizze des Messverfahrens: Keithley 6 eingestellter Strom Kalibriergegenstand abgelesene Spannng,,, eingemessener Widerstand mit: abgelesener Messwert bei Spannngsmessng am Kalibriergegenstand bweichng des gemessenen Wertes am Kalibriergegenstand vom Kalibrierwert richtiger Wert eingestellte Stromstärke an der Stromqelle Keithley 6. Die Unsicherheit dieses Beitrags ist dem gesonderten Bdget as Kapitel z entnehmen. ibrierter Wert des Widerstands nach 4-Draht-Messng an H 458 bzw. der ibrierten Festwiderstände. Die Unsicherheit dieses Beitrags ist dem gesonderten Bdget as Kapitel V bzw. Kapitel z entnehmen. ndngsabweichng afgrnd der flösng/ blesng des verwendeten Messgerätes. sschlaggebend ist die niederwertigste Stelle der nzeige -Spanne zwischen 0,5 Digit. Für die Berechnng der kleinsten angebbaren Messnsicherheit kann erst im konkreten Fall miteinbezogen werden da dieser Wert abhängig vom Kalibriergegenstand ist. Für ein gtes Millivoltmeter werden maximal eine flösng von 1 nv bzw. 6,5 ablesbare Stellen angenommen. sbedingte Einflüsse der Thermospannngen, die sich drch die nschlssleitngen ergeben. Gt gereinigte Kpferübergänge haben Seebeck- Koeffizienten von <0,µV / C bis 1µV / C. Der Temperatrnterschied sollte nach Berhigngszeiten von mestens Minten weniger als 0,5 C betragen. m schlechtesten Fall ist maximal mit Thermospannngen von 0,6 µv z rechnen. Weitere verfahrensbedingte Einflüsse wie aschen, Offset-bweichngen, Qellimpedanz nd -Kapazität oder elektromagnetische Strahlng. Z.T. st ein nteil bereits im Unsicherheitsbeitrag U enthalten, weitere nteile werden as Messreihen zr eprodktion von Ergebnissen am eigenen Nanovoltmeter entnommen. Dabei waren Werte < mv af mestens 0 nv reprodzierbar. Modellgleichng: Mit den oben afgeführten Größen ergibt sich as die für die Berechnng der kleinsten angebbaren Messnsicherheit maßgebliche Modellgleichng: Messnsicherheitsbilanz: Für die dem Ergebnis beizordnende Standardmessnsicherheit ergibt sich daras: Copyright esz G calibration & metrology 014. Jede rt ach aszgsweise der Vervielfältigng, sdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz G calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 8 Eichena, Germany. lle echte vorbehalten. / ll rights reserved. nternet: http://www.esz-ag.de E-Mail: info@esz-ag.de
c ; c x c ; c c c ; i x x Tabellarische Darstellng der Messnsicherheitsbilanz: Größe Schätzwert Standardmessnsicherheit Verteilng Sensitivitätskoeffizent Unsicherheitsbeitrag U Normal x r U Normal i U Normal 0 echteck 1 0 0 x r i echteck 1 echteck 1 Gemäß DKD-:00 bschnitt4 ergibt sich as der Modellgleichng für die dem Ergebnis beizordnende relative erweiterte Messnsicherheit k=: W rel Bezogen af den Kalibrierwert = V. Messng kleiner Spannngen am Nanovoltmeter Keithley 181 V..1 Messng im Vergleich Sbstittionsverfahren Mit dem o.g. Kalibrierverfahren lassen sich des Weiteren am Nanovoltmeter Keithley 181 Spannngsqellen im Vergleich Sbstittionsverfahren ibrieren. Der Kalibriergegenstand wird hierz am mv-eingang Spezial-dapter mit niedrigen Thermospannngen des Gerätes angeschlossen nd Ergebnisse in den mv-bereichen abgelesen. fwärmzeiten von 1 bis 4 Stnden s dabei empfehlenswert. Entsprechend der besten erformance des Gerätes s nach drchgeführter Offset-Korrektr ZEO mit Krzschlss über den nschlssklemmen am besten an Schrabklemmen des z vermessenen Spannngsasgangs oder mit Kpferkrzschlssbrücke nach nlegen der z messenden Spannng die Fnktionen DMNG nd FLTE z aktivieren. Korrektren werden im Gerät meist nr für den gewählten Bereich gespeichert, wodrch über NGE bereits vorher die richtige Einstellng getroffen werden mss. Für stabile Messergebnisse werden Einschwingzeiten der Messwerte von > Minten vorasgesetzt. m Mods HES ist eine nzeige von 6 ½ Stellen bei flösngen bis z 1 nv möglich. Messnsicherheit: Drch den zweimaligen nschlss nd das blesen der Messwerte s jeweils die Unsicherheitsbeiträge, nd im worst case doppelt z verbchen. Das Messnsicherheitsbilanz s. V.für die dem Ergebnis beizordnende Standardmessnsicherheit ändert sich demnach z: x c c c V.. Direkte Messng am Nanovoltmeter Neben Messng im Vergleich erfolgt in direkter Messng sofort der nschlss des Kalibriergegenstandes am Nanovoltmeter. Die Geräteinstellngen s V..1 z entnehmen. Gemäß der eibrierng des Gerätes im 1 monatigen ntervall enthält das Messnsicherheitsbilanz nteile Copyright esz G calibration & metrology 014. Jede rt ach aszgsweise der Vervielfältigng, sdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz G calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 8 Eichena, Germany. lle echte vorbehalten. / ll rights reserved. nternet: http://www.esz-ag.de E-Mail: info@esz-ag.de
für die Jahresspezifikation as den Herstellerangaben, die über die Konformitätsprüfng gewährleistet werden. Modellgleichng: mit Eingestellte Spannng am Kalibriergegenstand Kalibrierwert. bweichng der nzeige des Kalibriergegenstandes vom richtigen Wert. sbedingte Einflüsse der Thermospannngen, die sich drch die nschlssleitngen ergeben. Die Spezialkontakte des Nanovoltmeters s thermospannngsoptimiert nd gegen Offsetabweichngen sehr nempflich. Messngen an Kpferblöcken an den Kontakten haben im mv-bereich lediglich bweichngen von z.t. weit nter 10 nv ergeben 100 nv im 0 mv Bereich. Weitere verfahrensbedingte Einflüsse wie aschen, Offset-bweichngen, Qellimpedanz nd -Kapazität oder elektromagnetische Strahlng. Z.T. st ein nteil bereits im Unsicherheitsbeitrag Uspez enthalten, weitere nteile werden as Messreihen zr eprodktion von Ergebnissen am eigenen Nanovoltmeter entnommen. Dabei waren Werte < mv af mestens 0 nv reprodzierbar, in Bereichen darüber af mestens 0,5 µv. bgelesener Messwert am Keithley 181 Die zeitliche Drift nd relative Messabweichng am Bereichsende des Gerätes wrde z maximal 0,005% vom Messwert ermittelt. Diese Werte stellen hierbei die maximalen Grenzen einer echteckverteilng dar. Korrektr drch die tatsächliche bweichng des Messwertes vom richtigen Wert. Da das nstrment im Messbereich verwendet wird, wird diese bweichng z Nll mit der Unsicherheit der Kalibrierng im jährlichen ntervall Unsicherheit der Kalibrierng verwendet. Mit dem in V.1 beschrieben fen die kleinsten angebbaren Unsicherheiten as V. nwendng. Korrektr afgrnd der ndng der nzeige am Messgerät, die innerhalb von 0,5 Digits der maximalen flösng gleichverteilt ist. m Mods HES beträt die Stellenzahl 6 ½ Digits, ein stabiles blesen wird jedoch nr af 5 ½ Digits mit einer maximalen flösng von 10 nv angenommen, d.h. die blesensicherheit ist mestens innerhalb von 10 nv gleichverteilt. ergibt sich as die für die Berechnng der kleinsten angebbaren Messnsicherheit maßgebliche Modellgleichng:, r Messnsicherheitsbilanz: Für die dem Ergebnis beizordnende Standardmessnsicherheit ergibt sich daras: c i x 1 c Tabellarische Darstellng der Messnsicherheitsbilanz: Copyright esz G calibration & metrology 014. Jede rt ach aszgsweise der Vervielfältigng, sdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz G calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 8 Eichena, Germany. lle echte vorbehalten. / ll rights reserved. nternet: http://www.esz-ag.de E-Mail: info@esz-ag.de
x x Verteilng Größe Schätzwert Standardmessnsicherheit Sensitivitätskoeffizent Unsicherheitsbeitrag U Normal x x - - - 0 0 0 0 0 x x echteck 1 echteck 1 echteck 1 U Normal 1 echteck 1 Gemäß DKD-:00 bschnitt4 ergibt sich as der Modellgleichng für die dem Ergebnis beizordnende relative erweiterte Messnsicherheit k=: W rel Bezogen af den Kalibrierwert V.4 Ergebnis Da in den allen Fällen Erzegng über Widerstand, Vergleichsmessng, direkte Messng die Messnsicherheiten immer größer oder gleich der Unsicherheiten as V.. der Direktmessmethode s, können diese Ergebnisse als Obergrenze der Messnsicherheit herangezogen werden. Kalibrierwert U max 0 µv bis mv 0, µv mv bis 0 mv 0 10-6 U + 1 µv 0 mv bis 00 mv 40 10-6 U + 1 µv Die z Grnde liegenden Zahlenwerte nd Ergebnisse der Berechnngen für die einzelnen Bereiche s der mitgeltenden Excel-Tabelle Messnsicherheiten Tabelle V- Millivoltibrierng z entnehmen, die Ergebnisse werden im Leistngsnachweis afgeführt. Mit den nterschiedlichen stehen gte Methoden zr Verfügng die nterschiedlichen Geräte für Kleinstspannngserzegng gegeneinander z prüfen nd die Messnsicherheiten z verifizieren. Copyright esz G calibration & metrology 014. Jede rt ach aszgsweise der Vervielfältigng, sdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz G calibration & metrology, Max-lanck-Str. 16, 8 Eichena, Germany. lle echte vorbehalten. / ll rights reserved. nternet: http://www.esz-ag.de E-Mail: info@esz-ag.de