Physikalisch-Technische Bundesanstalt
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Liste der von der PTB erteilten Baumusterprüfbescheinigungen nach Richtlinie 2006/42/EG
No full textListe der von der PTB erteilten Baumusterprüfbescheinigungen nach Richtlinie 2006/42/E
Lithium-Lanthan-Zirconiumoxid als Dünnschichtionenleiter für Festkörper-Lithiumionenakkus
No full textLithium-Lanthan-Zirconiumoxid (LLZO) ist ein Kandidat für Festkörperakkumulatoren mit hoher Energiedichte. Der Ionenleitwert des Akkus nimmt bei abnehmender Schichtdicke proportional zu. Daher wurden dünne LLZO-Schichten mit Lithiumorthoborat als lithiumionenleitfähiges Sinterhilfsmittel durch ein der Dickschichttechnik entlehntes Rakelverfahren aus LLZO-Pulver synthetisiert. Die Lithiumionenleitfähigkeit wurde bestimmt und die Materialbeschaffenheit mikroskopisch dokumentiert.Junge Wissenschaft. Paper 06/2024In der Jungen Wissenschaft werden Forschungsarbeiten von Schüler/innen, die selbstständig, z.B. in einer Schule oder einem Schülerforschungszentrum, durchgeführt wurden, veröffentlicht
Developing calibration and measurement capabilities for atmospheric CH₄ stable-isotope ratios at NMIs/DIs: Metrology for global comparability
No full textTo establish robust calibration and measurement capabilities (CMCs) for atmospheric methane (CH4) stable isotope ratios, National Metrology Institutes (NMIs) and Designated Institutes (DIs) need a comprehensive understanding of the underlying measurement techniques, reference materials (RMs), calibration hierarchies, value assignment, uncertainty evaluation, and inter-laboratory comparison activities. This review, developed by the CH4 Task Team within the Consultative Committee for Amount of Substance: Metrology in Chemistry and Biology (CCQM) Gas Analysis Working Group (GAWG) and the Isotope Ratio Working Group (IRWG), provides key insights for developing these capabilities at NMIs/DIs. The World Meteorological Organization (WMO) recommended network compatibility goals for atmospheric methane stable isotope ratio monitoring, expressed as isotope delta values, are 0.02‰ for the stable carbon isotope delta (δ13C) value and 1‰ for the stable hydrogen isotope delta (δ2H) value, with extended targets of 0.2‰ for δ13C and 5‰ for δ2H. Global inter-laboratory comparisons have revealed offsets of up to 0.5‰ for δ13C and 13‰ for δ2H measurements, substantially exceeding the WMO targets. To address these discrepancies, steady progress is being made, particularly by expert isotope laboratories, with increasing engagement from NMIs/DIs. Improved measurement techniques and the use of common RMs are bringing measurements closer to the WMO goals. This overview not only reviews the components necessary for establishing NMI/DI CMCs but also provides actionable recommendations to further align global measurements, including the development of standardized protocols, adoption of the VPDB carbon isotope delta scale for atmospheric data harmonization, and international comparison studies to support NMI/DIs in their CMC claims. These actions are critical for achieving long-term consistency and advancing global standards for atmospheric methane stable isotope ratio measurements
D4: Report on the analysis of at least two gas mixtures of pure CH4 of varied clumped isotopic composition value assigned for Δ13CH3D and Δ12CH2D2 linked to stochastics by CH4 equilibration
No full textReport on the analysis of at least two gas mixtures of pure CH4 of varied clumped isotopic composition value assigned for Δ13CH3D and Δ12CH2D2 linked to stochastics by CH4 equilibratio
D1: Report on the use of synthetic reference materials in the characterisation and comparison of at least four IRMS and OIRS analysers across a range of amount fractions (1.9-10.0 μmol mol-1 ) and isotope ratios
No full textReport on the use of synthetic reference materials in the characterisation and comparison of at least four IRMS and OIRS analysers across a range of amount fractions (1.9-10.0 μmol mol-1) and isotope ratios
Liste der bei der PTB angezeigten und geprüften Schusswaffen gemäß § 9 Abs. 2 Nr. 1 Beschussgesetz (BeschG)
No full textListe der bei der PTB angezeigten und geprüften Schusswaffen gemäß § 9 Abs. 2 Nr. 1 Beschussgesetz (BeschG
Liste der von der PTB zugelassenen Schusswaffen gemäß § 8 Beschussgesetz (BeschG)
No full textListe der von der PTB zugelassenen Schusswaffen gemäß § 8 Beschussgesetz (BeschG
Charakterisierung der dynamischen Eigenschaften von Sensoren mit digitalem Interface
No full textDie fortschreitende Miniaturisierung und Digitalisierung führt in der Beschleunigungsmesstechnik zur Verbreitung von Sensorsystemen mit ausschließlich digitalem Datenausgang, den sogenannten digitalen Sensoren. Für die Messgrößen Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit werden mehr als eine Milliarde MEMS-Sensoren pro Jahr gefertigt. Durch den zum Teil günstigen Preis und die sehr kleine Bauform können diese Sensoren auch in anspruchsvolleren dynamischen Messaufgaben, beispielsweise der Zustandsüberwachung auf Basis von maschinellem Lernen, eingesetzt werden.
In dieser Arbeit wurde im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts Metrology for the Factory of the Future (Met4FoF) das erste primäre dynamische Kalibrierverfahren für die komplexwertige Übertragungsfunktion von digitalen Beschleunigungssensoren in Anlehnung an ISO 16063 entwickelt und in einem ersten internationalen Vergleich validiert.
Zur Ansteuerung der Sensoren wurde eine Mikrocontroller-basierte Datenerfassungseinheit (Data Acquisition Unit, DAU) entwickelt. Die DAU erfasst die von den Sensoren asynchron erzeugten Messwerte und zeitstempelt diese gegen eine GNSS-Absolutzeitbasis. Die Messdaten werden in der DAU in SI-Einheiten konvertiert und zusammen mit Metadaten über Ethernet an einen Empfangs-PC gesendet. Durch die Verwendung eines Echtzeit-Betriebssystems und Hardware-Zeitstempelung kann jede DAU bis zu vier unterschiedliche Sensoren parallel auslesen.
Die DAU wurde auch verwendet, um kalibrierte digitale Sensoren in industrienahen Anwendungen zur Zustandsüberwachung einzusetzen. Die DAU kann synchron zu einem digitalen Sensor auch analoge Spannungen erfassen. Damit kann in den bestehenden primären analogen Beschleunigungskalibriersystemen der nationalen Metrologieinstitute, wie der PTB oder dem spanischen CEM, ein Phasenbezug hergestellt werden, ohne die bestehenden Kalibriersysteme verändern zu müssen.
Zur Validierung des Kalibrierverfahrens wurde dem spanischen Metrologieinstitut CEM eine DAU zur Verfügung gestellt. Der Vergleich der damit bestimmten Übertragungsfunktionen zeigt eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse von PTB und CEM und belegt die grundsätzliche Eignung des Verfahrens.
Die asynchrone Messdatenerfassung der MEMS-Sensoren mit Absolutzeitstemplung ist ein wesentlicher Unterschied zu den analogen Sensoren mit getrennter Signalerfassung. Die Qualität der internen Sensorzeitbasis kann mit der DAU bestimmt werden. Daher wurde ein Verfahren zur Berechnung des Abtastphasenrauschens entwickelt.
Die Auswirkungen des Abtastphasenrauschens auf die Auswertung dynamischer Messungen im Frequenzraum ohne Absolutzeitstemplung wurden umfassend simuliert und visualisiert. Monte-Carlo-Simulationen belegen, dass unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise bei hoher Signalfrequenz und langer Messdauer, das Sensorabtastphasenrauschen zum Teil zu erheblichen Amplitudenabweichungen führt. Bei einigen Sensoren kommt es schon bei Messungen von 30 s Länge bei einer Anregungsfrequenz von 63 Hz zu den beschriebenen Amplitudenabweichungen. Durch die Absolutzeitstemplung und Verwendung der Zeitstempel in der Sinus-Approximation kann dieser Einfluss nahezu vollständig kompensiert werden.
Bei der Anwendung kalibrierter digitaler Sensoren mit einer DAU zur Lebenszeitabschätzung von Verschleißteilen eines Projektpartners konnten deutliche Verbesserungen der Vorhersagegenauigkeit durch Verwendung der Absolutzeitstempel und einfacher Interpolation erreicht werden.
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Progressive miniaturisation and digitalisation in acceleration measurement is leading to the spread of sensor systems with exclusively digital data output, so-called digital sensors. More than one billion MEMS sensors are manufactured every year for measuring acceleration and angular velocity. Due to their favourable price and very small size, these sensors can also be used in more demanding dynamic measurement tasks, such as condition monitoring based on machine learning.
In this work, the first primary dynamic calibration method for the complex-value transfer function of digital acceleration sensors was developed in accordance with ISO 16063 as part of the European research project Metrology for the Factory of the Future (Met4FoF) and validated in an initial international comparison.
A microcontroller-based data acquisition unit (DAU) was developed to control the sensors. The DAU records the measured values generated asynchronously by the sensors and timestamps them against a GNSS absolute time base. The measurement data is converted into SI units in the DAU and sent to a receiving PC together with metadata via Ethernet. By using a real-time operating system and hardware timestamping, each DAU can read up to four different sensors in parallel.
The DAU was also used to employ calibrated digital sensors in industrial applications for condition monitoring. The DAU can also acquire analogue voltages synchronously with a digital sensor. This makes it possible to establish a phase reference in the existing primary analogue acceleration calibration systems of national metrology institutes, such as PTB or the Spanish CEM, without changing the existing calibration setups.
A DAU was provided to the Spanish metrology institute CEM to validate the calibration procedure. The comparison of the transfer functions determined shows good agreement between PTB and CEM results, demonstrating the fundamental suitability of the method.
Asynchronous measurement data acquisition of MEMS sensors with absolute timestamping is a significant difference to analogue sensors with separate signal acquisition. The quality of the internal sensor time base can be determined by the DAU, and a method for calculating sampling phase noise was developed.
The effects of sampling phase noise on the evaluation of dynamic measurements in the frequency domain without absolute timestamping were comprehensively simulated and visualised. Monte Carlo simulations show that under certain conditions, for example at high signal frequencies and long measurement durations, sensor sampling phase noise can lead to considerable amplitude deviations. With some sensors, such deviations occur even for 30-second measurements at an excitation frequency of 63 Hz. This influence can be almost completely compensated for by absolute timestamping and using the timestamps in sine approximation.
In an industrial application by a project partner, significant improvements in lifetime prediction accuracy were achieved by using absolute timestamps and simple time-domain interpolation when applying calibrated digital sensors with a DAU.PTB-Bericht Diss-2
D2 - Guidelines on adapting optical isotope ratio measurements of ambient CH4 to field conditions: Maintaining traceability of measurement and common practices for uncertainty calculation, including concept for harmonisation of CH4 field site measurements
No full textGuidelines on adapting optical isotope ratio measurements of ambient CH4 to field conditions: Maintaining traceability of measurement and common practices for uncertainty calculation, including concept for harmonisation of CH4 field site measurements
Korrektur der Ungleichförmigkeit von Infrarotkameras mittels der Datenreferenzmethode
No full textDie für die radiometrische Kalibrierung von Thermografiekameras verwendete Messtechnik basiert ganz wesentlich auf großflächigen Temperaturstrahlern mit bekannter Strahlungstemperatur. Die zeitliche Stabilität und räumliche Homogenität dieser Strahler, die als Hohlraum- oder Flächenstrahler realisiert werden, bestimmen wesentlich die erreichbare Genauigkeit und den zeitlichen Aufwand des Kalibrierprozesses.
Mit der Datenreferenzmethode wurde in dieser Arbeit ein Verfahren vorgestellt, das es ermöglicht, Thermografiekameras auch an inhomogenen Strahlungsquellen zu kalibrieren, so dass die Anforderungen an den verwendeten Kalibrierstrahler deutlich geringer sind, ohne dass sich dadurch die erreichbare Unsicherheit der Kalibrierung damit verschlechtert.
Ziel dieser Arbeit war eine umfassende quantitative Untersuchung und Weiterentwicklung der Datenreferenzmethode bezüglich der damit erreichbaren Kalibrierunsicherheit von Thermografiekameras. Zunächst wurden der Einfluss der Positionierungenauigkeit und der Nichtlinearität der Kamerakennlinie auf das Ergebnis der DRM untersucht. Im nächsten Schritt wurden die wichtigsten Störgrößen, nämlich das statistische zeitliche Rauschen und die systematische zeitliche Drift der Temperaturmesswerte während der DRM identifiziert. Dabei wurde quantitativ untersucht, wie sich diese Störgrößen auf das Ergebnis der DRM auswirken. Diese Auswirkungen wurden mit Hilfe von Simulationen nachvollzogen, sodass eine Abschätzung des Unsicherheitsbeitrages möglich war. Dazu wurden Modelle zur Fehlerfortpflanzung für die auf die verschiedenen Kameratypen angepassten Ungleichförmigkeitskorrekturen entwickelt.
Die vorangegangenen theoretischen Betrachtungen zum quantitativen Einfluss von Störgrößen und zur Reduzierung des Einflusses dieser Störgrößen auf die DRM wurden sowohl an gekühlten als auch an nicht-gekühlten IR-Kamerasystemen unter Realbedingungen untersucht. Die entwickelten Methoden haben zu einer deutlichen Verbesserung der Korrektur der Ungleichförmigkeit von IR-Kameras geführt.
Die DRM wurden zur Bestimmung der Homogenität sowohl der Strahlungstemperatur als auch der Strahldichte in unterschiedlichen Spektralbereichen und an verschiedenen Referenzstrahlungsquellen angewendet und ihre Eignung als schnelle und effektive Methode zur Bestimmung der Homogenität von Strahlungsquellen wurde belegt.PTB-Bericht Diss-1