Strommessung kalt und exakt

  • 10. April 2013

Neuer hochpräzises Tieftemperatur-Stromvergleichsmesser von Cryogenic und dem National Physical Laboratory.

Strom exakt zu messen ist für viele Anwendungen von großer Bedeutung. Es ist wesentlich für die Abrechnung des Verbrauchs, um einen stabilen Strommarkt sicherzustellen. Auch muss sich der Eingangsstrom etwa zur Steuerung der Dosis von ionisierender Strahlung bei der Krebsbehandlung sehr korrekt einstellen lassen.

Ein Cryogenic Current Comparator arbeitet bei sehr tiefen Temperaturen.

Abb.: Ein Cryogenic Current Comparator arbeitet bei sehr tiefen Temperaturen. (Bild: Cryogenic Ltd.)

Die Herausforderungen liegen in der Strommessung. Ionisierende Strahlung wird in Picoampere gemessen, während in Unterseekabeln Hunderte von Ampere fließen; einige Branchen messen Widerstand oder Spannung statt des Stroms. Alle diese Messungen müssen auf das Ampere, der SI-Einheit des Stroms, zurückgeführt werden.

Cryogenic Ltd. und das National Physical Laboratory (NPL) haben das genaueste Instrument für Vergleichsmessungen von elektrischem Strom konzipiert und entwickelt. Das Instrument kann jetzt von metrologischen Instituten und Laboren weltweit eingesetzt werden. Es bietet einen genaueren Standard für das Stromverhältnis und sorgt dafür, dass die Strommessung nicht der begrenzende Faktor bei Innovationen darstellt.

Der neue Cryogenic Current Comparator (CCC – Tieftemperatur-Stromvergleichsmesser) liefert das weltweit genaueste Verhältnis von Strömen, das zusammen mit dem Quantenhalleffekt, dem Primärstandard des Widerstands, Widerstandsmessungen mit höchster Genauigkeit ermöglicht. Messungen von Milliampere oder Ohm kann das CCC einfacher und genauer auf den Primärstandard zurückführen als jemals zuvor.

CCCs arbeiten mit supraleitenden Materialien und einem Quanten-Magnetflussdetektor zur Messung von Stromverhältnissen. Es befindet sich in einem mit flüssigem Helium gefüllten Dewar, das ihn auf einer Temperatur von 4 Kelvin hält und so Supraleitfähigkeit ermöglicht. Dies sorgt für Genauigkeit und Empfindlichkeit, besser als eins zu einer Milliarde. Mit optisch getrennten Stromquellen kann die Widerstandsbrücke Widerstände mit einer Präzision und Wiederholbarkeit von besser als 10-8 vergleichen.

Dieses CCC stellt eine erhebliche Verbesserung hinsichtlich Genauigkeit gegenüber jedem bisherigen System dar. Es lieferte beispielsweise die heute genauesten Messungen der elektrischen Impedanz des Quantenhalleffekts in Graphen – was eine Schlüsselrolle beim Verständnis der Eigenschaften dieses Materials spielt. Es ist das erste digital gesteuerte Gerät, die Einstellungen und Messungen speichert also ein Computer, was die Wahrscheinlichkeit von Fehlern verringert.

Daneben hat es einen weiteren wichtigen Vorteil gegenüber bisherigen Systemen – dank Innovationen von Cryogenic benötigt das Dewar-Gefäß weniger flüssiges Helium als ältere Systeme. Kühlmittel sind teuer und müssen kontinuierlich zugeführt werden, sodass ein geringerer Bedarf einen wesentlichen finanziellen Vorteil für die Wissenschaftler bedeutet.

Cryogenic / DE

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