Dass (Süß-)Wasser bei 0°C gefriert, erscheint heutzutage als selbstverständlich. Das ist es jedoch gar nicht. Obwohl laut Definition die Gefriertemperatur von Wasser bei 0°C liegt, kann diese variieren. Druckeffekte zum Beispiel haben einen Einfluss auf die Gefriertemperatur. Ein Eimer Wasser wird auf der Zugspitze bei einer anderen Temperatur gefrieren, als an der Nordseeküste. Auch Verunreinigungen verändern den Gefrierpunkt von Wasser. Der Salzgehalt von Meerwasser führt beispielsweise dazu, dass der Gefrierpunkt auf -1,9 °C sinkt. Der Gefrierpunkt des Wassers im Toten Meer liegt bei nur -21 °C. Das entspricht ungefähr dem Gefrierpunkt einer gesättigten Kochsalzlösung.

Über den Einfluss des Salzgehaltes auf den Gefrierpunkt ist bei Wikipedia ein Artikel hinterlegt: http://de.wikipedia.org/wiki/Salzwasser

Überraschend mag es scheinen, dass Süßwasser bei normalen Druckverhältnissen und mit einer hohen Reinheit im flüssigen Zustand auf Temperaturen unter den Gefrierpunkt gebracht werden kann. Eine Flüssigkeit kann nämlich erst erstarren, wenn sich ein Kristallisationskeim ausbildet. Erst dadurch können die Moleküle des Wassers in einen sogenannten geordneten Gitterzustand übergehen.

In der Thermometrie ist genau dieses Phänomen bei der Erstellung des Wassertripelpunktes von Bedeutung. Bei der hohen Reinheit von Wassertripelpunkten fehlen nämlich Verunreinigungen, die als Kristalisationskeim dienen können. Eine Möglichkeit einen Wassertripelpunkt zu erstellen, ist es, eine Wasserzelle mit unterkühlten Wasser leicht zu schütteln. Durch diesen Initiationsmoment bildet sich ein Kristallisationskeim, der den Wassermolekülen ermöglicht zu frieren.

Hier finden Sie ein YouTube Video, bei dem Sie den Vorgang zur Erstellung eines Wassertripelpunktes beobachten können: http://www.youtube.com/watch?v=wyIIB-2eV28

Interessant ist die Frage, wie tief Wasser nun unter 0°C unterkühlt werden kann, bis es gefriert? Bei Welt Online ist kürzlich ein Artikel erschienen, in dem von Wissenschaftlern berichtet wird, die erreichten, dass flüssiges Wasser auf eine Temperatur von -48,3 °C unterkühlt werden konnte: http://www.welt.de/wissenschaft/article13733825/Warum-Wasser-erst-bei-minus-48-3-Grad-gefriert.html

Die einfachste Form der Realisierung von Vergleichsstellen geschieht unter der Verwendung von Eismatsch in Dewar-Gefäßen. Eismatsch ist ein gestoßenes Eis-Wasser-Gemisch, wobei das geschmolzene Eiswasser permanent abgesaugt werden muss, da die Schmelzwärme die Temperatur anhebt. Dabei kann die Temperatur bis zu 0,5°C über den Eispunkt steigen.

Diese Art der Messung ist im industriellen Alltag jedoch nicht praktikabel. Gestoßenes Eis kann heute zwar mit Eismaschinen preiswert hergestellt werden. Aber es ist viel zu aufwendig ständig das Schmelzwasser abzusaugen. Die Messanlage müsste also permanent gepflegt werden.

Als bevorzugte Messmethode werden Vergleichsstellen heutzutage daher als elektrische Eispunktthermostate realisiert.

Vorteile elektrischer Eispunktthermostate
Die Thermostate, die mit einer thermoelektrischen Kühlung und einem eingebauten kalibrierten Referenzsensor zur Temperaturüberwachung ausgestattet sind, erfordern im Gegensatz zu Eisgefäßen auch im Dauerbetrieb keine Wartung.

Da die Thermospannungsreihen sich auf 0°C beziehen, sind die meisten Vergleichsstellen auf 0 Grad gehalten. Moderne Auswertgeräte können aber auch höhere Vergleichsstellentemperaturen berücksichtigen. So werden je nach Umgebungstemperatur auch Vergleichsstellentemperaturen bis 70°C angeboten.

Gute Vergleichsstellenthermostate erzeugen Langzeitstabilitäten von 0,01°C. Damit sind sie elektrischen Vergleichsstellen um den Faktor 10 überlegen und reduzieren damit einen erheblichen Beitrag im Messunsicherheitsbudget einer Thermoelement-Temperaturerfassung.

Aufbau elektrischer Eispunktthermostate
Zwischen der heißen Stelle des Thermoelementes und dem Auswertgerät befinden sich die Eispunktthermostate. Der Eingang wird über ein Thermomaterial, ein passendes zu den verwendeten Thermoelementen, realisiert. Es existieren in etwa 15 genormte Thermoelementarten. Zudem können thermospannungsfreie Miniaturstecker oder entsprechende Schraubklemmen aus Thermomaterial verwendet werden. In der Vergleichsstelle wird dann Thermomaterial mit Kupfer verbunden und Kupferdrähte zum Ausgang geführt. Vom Ausgang gelangen die Kupferleitungen letztendlich zu den entsprechenden Auswertgeräten.

• Die Thermoelemente können in einem extrem großen Temperaturbereich von -270°C bis 1372°C eingesetzt werden.

• Im dem für die Industrie relevanten Temperaturbereich besitzen Typ-K-Thermoelemente mit einem Seebeckkoeffizient von ca. 40 μv pro °C eine sehr hohe Empfindlichkeit. Dadurch sinken die Anforderungen an die Messtechnik.
• Da beide Schenkel der Typ-K-Thermoelemente aus Unedelmetall bestehen, sind sie sehr preisgünstig.

Obwohl die Typ-K-Thermoelemente wegen der genannten Aspekte für viele Messprozesse in der Industrie eine optimale Kompromisslösung darstellen, gibt es eine wesentliche Einschränkung, die ihre Verwendung stark eingrenzt.

Typ K Temperaturfühler sind in der alltäglichen Anwendung nur unterhalb von 250°C oder oberhalb von 600°C verlässlich einsetzbar. Sie liefern also nicht über den gesamten Temperaturbereich von -270°C bis 1372°C zuverlässige Messergebnisse. Der Grund ist Folgender: Oberhalb von 600°C herrscht im Kristallgitter des positiven Schenkels ein reproduzierbarer, geordneter Zustand. Dieser Zustand wird Typ-K-Zustand genannt. Nur durch ein langsames Abkühlen von <100 K pro Stunde im Temperaturbereich von 600°C bis 400°C kann dieser K-Zustand gehalten werden. Dieses Vorgehen ist in einem Arbeitsalltag jedoch nicht praktikabel. Geschieht das Abkühlen schneller, was in der Regel der Fall ist, geht der positive Schenkel des Thermoelementes in einen nicht reproduzierbaren, ungeordneten Zustand über. Dieser hält bis zu einer Temperatur von 250°C an. Der nicht reproduzierbare Fehler wird von Herstellern in der Regel mit 2°C – 3°C angegeben. Persönlich habe ich jedoch schon Typ-K-Thermoelemente nachgemessen, die größere Fehler bis hin zu 5°C – 10°C aufzeigten.

Fazit
Für Messungen im Bereich von 250°C bis 600°C, bei denen sich die Temperatur relativ schnell ändert, sind Typ-K-Thermoelemente nicht geeignet, wegen des sehr großen, nicht reproduzierbaren Fehlers.

Zunächst wurde eine Eingangs-Wassertripelpunkt-Kalibrierung durchgeführt. Daraufhin wurden die fallenden Fixpunkte kalibriert. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Ergebnisse:

Eingangsuntersuchungen

In einem nächsten Schritt wurde das Thermometer über eine Woche lang bei 156°C getempert. Folgende Tabelle zeigt die Resultate:

Wiederholungsuntersuchung 29.11.2010

Auf 156°C zur Feststellung der Hysterese wurde folgender Werte ermittelt:

Wiederholungsuntersuchung 29.11.2010

Die Wiederholungskalibrierung nach einer Woche altern bei 156°C zeigt folgende Werte:

Wiederholungsuntersuchung 08.12.2010

Als Fazit dieser Untersuchungen kann eine hervorragende Präzision und Stabilität digitaler Handthermometer am Beispiel eines Beta Probe TI festgehalten werden.

Der folgende Eintrag soll die Problematik des sogenannten Extrapolationsfehlers aufzeigen, der sich dann ergibt, wenn außerhalb eines kalibrierten Bereichs gearbeitet wird.

Um den Extrapolationsfehler sichtbar zu machen, wurden vier Berechnungen nach der ITS-90 durchgeführt. Die benutzten Koeffizienten stammen von zwei unterschiedlich hochwertigen Fühlern. Auf der einen Seite ein Pt100, welcher für den Temperaturbereich von Gallium (Ga) bis Aluminium (Al) kalibriert ist (29,7646°C – 660,323°C), auf der anderen Seite ein Pt25, kalibriert im Bereich von Quecksilber (Hg) bis Aluminium (Al) (-38,8344 – 660,323°C).

Für die zwei verschieden Fühler wurden jeweils zwei Kurven berechnet. Für die erste wird nur der Ga-Koeffizient verwendet, welcher in den folgenden Grafiken rot und als „extrapoliert“ bezeichnet ist. Die zweite Kurve entsteht unter Verwendung immer der richtigen Koeffizienten für die entsprechenden Bereiche. Sie ist in grün dargestellt und als „nicht extrapoliert“ bezeichnet.

Pt100
Bei dem Pt100 handelt es sich um ein Arbeitsnormalthermometer. Die Koeffizienten sind nach der ITS-90 an den entsprechenden Fixpunkten (siehe ITS-90) für die o.g. Bereiche bestimmt worden.

Es wurden nach der ITS-90 die Temperaturen bei fiktiven Widerständen (90 – 350 Ohm) gemessen. Die Schrittgröße beträgt 0,01 Ohm. Die errechneten Temperaturen wurden gegen die entsprechenden Widerstände aufgetragen. Auf den ersten Blick scheint kein allzu großer Fehler vorzuliegen. Schaut man sich jedoch die Kurve genauer an, so stellt sich bei 313,96 Ohm ein Extrapolationsfehler von mehr als 100mK ein.

Extrapolation eines Pt100 Arbeitsnormalthermometers

Extrapolation eines Pt100 Arbeitsnormalthermometers

Grafik 1 und 2: Extrapolation eines Pt100 Arbeitsnormalthermometers

Pt25
Bei dem Pt100 handelt es sich um ein Normalthermometer. Die Koeffizienten sind nach der ITS-90 an den entsprechenden Fixpunkten (siehe ITS-90) für die o.g. Bereiche bestimmt worden.

Bei dem Pt25 wurden Widerstandswerte von 23 bis 90 Ohm verwendet. Die Schrittgröße ist hier ebenfalls 0,01 Ohm. Wie nicht anders zu erwarten war, fällt auch hier bei einer oberflächlichen Betrachtung kein Fehler auf. Geht man jedoch ins Detail und betrachtet den Widerstandsbereich von 88,68 bis 88,69 Ohm, so kann hier ein Extrapolationsfehler von etwa 10mK festgestellt werden.

Extrapolation eines Pt25 Normalthermometers

Extrapolation eines Pt25 Normalthermometers

Grafik 3 und 4: Extrapolation eines Pt25 Normalthermometers

Diese Untersuchungen zeigen auf, dass, wenn bei der Temperaturkalibrierung Kennlinien extrapoliert werden, Fehler auftreten. Um keine unnötigen Messfehler zu erzeugen ist es also notwendig die Thermometer für den gesamten Nutzungsbereich kalibrieren zu lassen.

Viele Jahrhunderte später arbeitete Anders Celsius (1701-1744) eine Skala aus, welche zwischen dem Gefrier- und Siedepunkt von Wasser die Temperatur in einhundert gleiche Teile aufteilte. Im Jahr 1742 definierte Celsius diese Skala und benannte die Temperatureinteilung „Grad Celsius“. Celsius belegte jedoch zunächst kochendes Wasser mit 0°C und schmelzendes Eis mit 100°C. Erst der Botaniker und Maler Carl Nillson  Linnaeus (1707-1778) dreht die Skala 1745 in die heute bekannte Form um, bei der schmelzendes Eis mit 0°C und kochendes Wasser mit 100°C angegeben ist.

Mit Hilfe der Celsius-Einteilung entwickelten sich mit der Zeit Flüssigkeits-Glas-Thermometer. Über sehr viele Jahre wurden diese zur Temperaturermittlung und -messung genutzt. Noch heute werden sie als Standards in vielen Laboratorien verwendet. Aufgebaut sind sie aus einem Vorratsgefäß und einem Steigrohr (Kapillarrohr) mit einer Skala, in dem sich die Thermometerflüssigkeit befindet. Da es jedoch keine universale Thermometerflüssigkeit gibt, können die analogen Flüssigkeitsglasthermometer nur in begrenzten Temperaturbereichen eingesetzt werden. Das bedeutet, dass Labore in denen Temperatur gemessen wird, eine Reihe verschiedener Thermometer verwenden muss. Neben der benötigten großen Anzahl gilt auch die Zerbrechlichkeit der Glasthermometer als nicht unbedingt anwenderfreundlich. Des weiteren sind neben physikalischen Grenzen auch durch die Befüllung der Thermometer mit Flüssigkeiten Grenzen gesetzt. Je enger eine Kapillare ist, desto weiter kann die Anzeige gespreizt werden. Messunsicherheiten von kleiner 1/10 Grad sind eher unrealistisch.

Im Laufe der Zeit wurde und wird immer weiter an neueren und besseren Messinstrumenten entwickelt.

So hat Carl Wilhelm Siemens beispielsweise 1861 eine Arbeit über ein elektrisches Widerstandsthermometer veröffentlicht, das zehn Jahre später von der Firma Siemens & Halske in Berlin gebaut wurde. Dies war die Geburtsstunde von Platin-Widerstandsthermometern. Das Prinzip der Temperaturermittlung beruht auf der reproduzierbaren Änderung des Widerstandes eines Platindrahtes bei unterschiedlichen Temperaturen. Die Wiederstände werden zur Temperaturmessung genutzt.

Verglichen mit den Flüssigkeitsthermometern können Platin-Widerstandsthermometer die ermittelten Werte heutzutage meist digital anzeigenden. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei wissenschaftlichen Widerstandsthermometern Messunsicherheiten in Größenordnungen von Mikrokelvin erreicht werden können.

Aber auch technische Widerstandsthermometer, wie zum Beispiel das Pt100, können beachtliche Messunsicherheiten von < 10mK / 0,01°K erreichen. Und das in einem weitreichenden Temperaturbereich  von -200°C bis 660°C.

Insgesamt ersetzen heute die digitalen Platin-Widerstandsthermometer mehr und mehr die Flüssigkeitsglasthermometer. Die digitalen Anzeigen verhindern Ableseparallaxen, Fehler durch Wärmeausdehnung des Glases und thermische Nachwirkungen sind gänzlich ausgeschlossen. Zudem ist durch den Einsatz von seriellen Schnittstellen die Übertragung  und Dokumentation von Messdaten bei elektrischen Thermometern machbar. Die Kalibrierung und Anwendung von elektrischen Thermometern ist wesentlich einfacher zu handhaben als es bei den analogen Flüssigkeitsthermometern der Fall ist.

Gerade in der Luft- und Raumfahrt müssen Qualitätsstandards, wie unter anderem die Materialeigenschaften der Bauteile sehr kritisch eingehalten werden. Als Beispiel sei die große Beanspruchung der Materialen genannt. Aus Gewichtsgründen können jedoch nicht beliebige Materialen verwendet werden – leichte Bauteile sind vorzuziehen. Die Hersteller bewegen sich somit oftmals an der Grenze des Möglichen und Machbaren. Sicherheit bietet in diesen Fällen das strenge Einhalten von Normvorschriften.

Die AMS 2750 D macht genaue Vorgaben für die thermische Anforderung bei Kalibrierprozessen. So sind beispielsweise Mess- und Regeleinrichtungen, wie Sensoren, Instrumente und Regler beschrieben. Sämtliche Geräte, die an thermischen Prozessen beteiligt sind, müssen einer vollständigen Kalibrierung unterzogen werden. Diese vorgeschriebenen Kalibrierungen müssen auf nationale oder internationale Normale rückführbar sein. Vom Deutschen Kalibrierdienst (DKD) zertifizierte Labore entsprechen dieser Voraussetzung.

Zwei Kalibriersysteme empfehlen sich zur Anwendung, welche die in der AMS 2750 D Norm geforderten Bedingungen an Messfühlern und Messinstrumenten erfüllen.

Für die Kalibrierung von Typ R und S Edelmetall-Thermoelementen werden je nach Temperaturbereich Blockkalibratoren eingesetzt. Als Temperaturreferenz werden Thermoelement-Normalthermometer mit externer Vergleichsstelle verwendet. Diese Vergleichsstelle wird, wie auch die Vergleichsstellen der zu kalibrierenden Thermoelemente, in einem physikalischen 0°C-Eispunktthermostat untergebracht. Dies garantiert, dass Vergleichsstellenfehler ausgeschlossen sind.

Von dem Vergleichsstellenthermostat werden Kupferleitungen zu Messstellenumschaltern geführt, damit bis zu 16 zu kalibrierende Thermoelemente kalibriert werden können. Ein digitales Messgerät mit zwei Eingängen kann dann das Thermospannungssignal des Normalthermometers mit dem der zu kalibrierenden Elemente vergleichen.

Durch die Anwendung einer Software wird der Kalibrierplatz automatisiert und der Kalibrierschein nach Abschluss der Kalibrierung erstellt. Die Kalibrierung liegt dabei unter der, im Rahmen der AMS 2750 D-Norm geforderten, Fehlergrenze von ± 0,6°C.

Zur Kalibrierung der Messinstrumente wird ein Laborkalibrator empfohlen, der alle Messunsicherheitsanforderungen der Spezifikation erfüllt.

Die Widerstandsbrücken werden nicht über die, in unserem Kalibrierlabor normalerweise verwendeten, Bananenstecker angeschlossen, sondern über BNC-Stecker. Diese Steckverbinder wurden früher bei den alten ASL-Brücken verwendet. Wir verwenden in unserem Kalibrierlabor üblicherweise keine BNC-Steckverbinder, da wir mit möglichst wenigen Adaptern arbeiten wollen und Temperaturfühler und Messbrücken immer versuchen direkt anzuschließen.

RBC Schalter und Stecker

Ohne einen Blick in das Handbuch ist der RBC nicht zu bedienen
Als der RBC auf meinen Schreibtisch stand, wusste ich anfangs nicht, wie man damit arbeiten kann. Es ist schon sehr ungewöhnlich, dass ein Gerät mit vier Widerständen, mit denen man 70 Widerstandsverhältnisse einstellen kann, acht Kippschalter besitzt. (Ich hätte nur vier erwartet.) Diese können zudem noch in zwei Richtungen geschaltet werden. Dadurch ergeben sich pro Schalter drei Einstellmöglichkeiten: Schalter nach oben, Schalter neutral und Schalter nach unten.

Das Handbuch ist momentan nur in englisch zu erhalten. (Wird demnächst sicherlich ins Deutsche übersetzt). Neben der Funktionsweise des RBC´s beschreibt das Handbuch auch die theoretische Basis, auf der das Gerät arbeitet. Es wird ausführlich erklärt , wie die Widerstände verschaltet werden können und wie dadurch die 70 Einstellmöglichkeiten entstehen. Das folgende Bild zeigt sehr schön wie die vier Widerstände prinzipiell aufgebaut sind:

RBC Widerstände

Nach diesem Schaltprinzip lassen sich die verschiedensten Kombinationen einstellen. Folgende Übersicht zeigt die 35 Einstellmöglichkeiten, die man mit den vier Widerständen erreichen kann:

RBC Einstellmöglichkeiten

Tauscht man nun die Anschlussleitungen aus, ergeben sich 70 Widerstandskombination (mehr dazu in folgenden Blogeinträgen).

Theoretisch ist das relativ einfach nachzuvollziehen. Folgende Übersichtstabelle, die ich erstellt habe, zeigt die acht Kippschalter und die drei jeweiligen Schalterstellungen der entsprechenden Widerstandskombinationen, die man benötigt:

RBC Widerstandskombinationen

“O” bedeutet, dass der entsprechende Schalter in die obere Position gebracht werden muss. Analog dazu bedeutet “U”, dass der entsprechende Schalter nach unten zu kippen ist. Wie das in der Praxis funktioniert, beschreibe ich der Übersicht halber auch erst in den folgenden Blogeinträgen.

Der komplette Lieferumfang
Neben dem Gerät gehört zum Lieferumfang noch das Handbuch, ein Kalibrierschein und eine Kalibriersoftware.

RBC Lieferumfang

Der Kalibrierschein stammt von dem nationalen Kalibrierlabor in Neuseeland. Unser Kalibrierlabor ist damit nicht nur auf die physikalisch Technische Bundesanstalt in Berlin (PTB) und dem englischen Kalibrierdienst UKAS, sondern mittlerweile auch auf das nationale Labor in Neuseeland (MSL – Measurement Standards Laboratory) rückgeführt.

Die Software ist für die tägliche Arbeit mit dem RBC außerordentlich wichtig. Sie wird mit einem Lizenscode ausgeliefert, der den Benutzer legitimiert die Kalibriersoftware auf beliebig vielen Computern zu installieren. Als Betriebssysteme sind Windows 98, 2000, NT sowie XP angegeben. Die Kalibriersoftware führt durch die komplette Kalibrierroutine. Nach der Kalibrierung berechnet sie die Messunsicherheit und druck Protokolle sowie Kalibrierscheine aus.

Vorankündigung: Praxistest im Klasmeier-Labor
Soviel zu meinem ersten Eindruck vom RBC. Im nächsten Blogeintrag werde ich beschreiben, wie sich mit dem RBC eine ISOTECH TTI-2 Messbrücke kalibrieren lässt. Da wird sich zeigen, wie praktikabel der RBC im täglichen Laboreinsatz ist.

Altbewährtes neu in den Markt eingeführt
Das nationale Kalibrierlabor von Neuseeland hat unter der Führung von Dr. R. Wide in den 1990iger Jahren den Resistance Bridge Calibrator (RBC) entwickelt. Viele nationale Labore auf der ganzen Welt benutzen nun ebenfalls seit einiger Zeit diesen RBC, um Ihre eigenen internen Messbrücken zu kalibrieren. Des Weiteren setzen sie diese auch ein, um Kalibrierungen im Kundenauftrag durchzuführen. In den letzten Jahren wurden auf vielen internationalen Kongressen immer wieder Untersuchungsberichte und Paper über dieses Kalibrierverfahren veröffentlicht. Unter den folgenden Links können Sie sich einige dieser im Internet veröffentlichten Papers abrufen:

• Produktvorstellung von MSL (Measurement Standards Laboratory of New Zealand)
  http://msl.irl.cri.nz/products/resistance-bridge-calibrator

• Produktvorstellung von ISOTECH England (englisch)
  http://www.isotech.co.uk/products/thermometry-bridges/resistance-bridge-calibrator.php

• RBC Datenblatt (englisch)
  http://www.isotech.co.uk/files/product_file1-95.pdf

• RBC Handbuch (englisch)
  http://www.isotech.co.uk/files/product_file2-95.pdf

Artikel von Rod White (englisch):

• „A Method for Calibrating Resistance Thermometry Bridges“, White D. R.
  http://www.isotech.co.uk/files/product_file3-95.pdf

• „Abstracts of three further papers relating to the RBC“, White D. R., et al.
  http://www.isotech.co.uk/files/product_file4-95.pdf

Doch zunächst stand diese Technologie eben ausschließlich der wissenschaftlichen Welt zur Verfügung. Das hat sich im Laufe des Jahres 2010 geändert. Da mittlerweile immer mehr industrielle Kalibrierlaboratorien sehr kleine Messunsicherheiten benötigen, ist in den letzten Jahren ein kommerzieller Markt für Brückenkalibriergeräte entstanden. So hat das nationale Kalibrierlabor von Neuseeland sich dieses Kalibrierverfahren patentieren lassen. Das führte dazu, dass es Lizenzverhandlungen zwischen der Firma ISOTECH aus England und Rod Wide, dem Leiter des nationalen Kalibrierlaboratoriums in Neuseeland, gegeben hat. Auf Grund eines abgeschlossenen Lizenzvertrages können diese RBC’s nun kommerziell erworben werden. Das ist eine gute Entwicklung für die Kalibrierlaboratorien.

Hintergrund
Die wichtigste Voraussetzung für ein Temperaturkalibrierlabor ist das Vertrauen in die verwendeten Normale. Bei der Temperaturdarstellung können die Temperaturfixpunkte der ITS-90 als Normale dienen. Neben diesen Naturkonstanten der ITS-90 wird aber auch immer ein Messgerät benötigt, um die entsprechende Thermospannung oder den Widerstand des zu kalibrierenden Thermometers auszumessen.
Bei High-End-Kalibrierungen geschieht das durch so genannte Widerstandsmessbrücken. Diese Messbrücken werden von primären und sekundären Kalibrierlaboratorien eingesetzt. Sie haben eine Messunsicherheit von < 1 mK. Da Messbrücken mit extrem geringen Messunsicherheiten jedoch nicht an Naturkonstanten kalibriert werden können, stellen sie einen hohen Unsicherheitsfaktor einer Kalibrierung dar.
Bei High-End Messbrücken, wie z.B. der MicroK, der ASL F700 und ASL F900 sowie den MI-Brücken, muss neben dem Absolutwert auch die so genannte Linearität kalibriert werden. Üblicherweise wird diese Kalibrierung mit Hilfe von temperierten Tinsley-Referenzwiderständen durchgeführt. Problematisch dabei ist, dass das Widerstandsverhältnis zum Testen der Linearität mit 1:1 bis 1:4 begrenzt ist und somit für eine komplette Kalibrierung eigentlich nicht ausreicht.

Die Funktionsweise des RBC´s
Dieser Kalibrator besteht im Grunde genommen aus einem Widerstandsnetzwerk. Mit diesem Widerstandsnetzwerk können bis zu 35 verschiedene Widerstandsverhältnisse zur Verfügung gestellt werden, die sich hervorragend zum Kalibrieren von Messbrücken eignen. Mit diesen 35 Widerstandsverhältnissen kann eine Messbrücke an bis zu 70 unterschiedlichen Messungen kalibriert werden. Die Messunsicherheit dieser Kalibrierung liegt bei < 0,1 ppm bei 100Ω Nennwiderstand (das gilt für DC- und AC-Messungen bis zu einer Frequenz von 400 Hz).

Firma Klasmeier testet den RBC
Da auch wir unsere Messbrücke rückführen müssen, haben wir uns einen RBC bestellt. Wir erhoffen uns damit, dass wir mit diesem Gerät unsere Brücken nicht mehr direkt auf die PTB, sondern auf einen RBC rückführen können. Das würde eine Menge Ressourcen sparen und die Sicherheit in unser Kalibrierlabor weiter erhöhen.

In weiteren Blogeinträgen werde ich berichten, wie praktikabel der RBC im Laboralltag ist und welche Messunsicherheiten sich mit diesem neuen Kalibrierverfahren tatsächlich erreichen lassen.