Verbundprojekt: Josephson Spannungsnormale und Stromquellen zur direkten Realisierung der Masse und abgeleiteter Größen; Teilprojekt: Quantenmechatronik: Elektrische Quantenormale in mechatronischen Systemen zur Darstellung und Weitergabe der SI-Einheiten Kilogramm und Newton

Rückführbare Kalibrierungen mit PLANCK-Waagen (PB) und dem an der TU Ilmenau entwickelten 6DOF-Mehrkomponenten-Kraftsensor erfordern rückführbare elektrische Messungen von Spannung und Strom. Aufgrund unserer kompakten labortischgeeigneten Baugröße beider Systeme wird eine sinusförmige vertikale (PB) und auch horizontale (6DOF) Bewegung mit Amplituden von 40µm und Frequenzen im Bereich zwischen 1 und 10 Hz im Geschwindigkeitsmodus verwendet. Es ist wichtig, messtechnisch rückführbare Messungen von Wechselspannungen und -strömen in diesem Frequenzbereich mit geringeren Unsicherheiten zu realisieren. Derzeitige kommerzielle DC-Josephson-Spannungsnormale können diesen Bereich noch nicht abdecken. Verfügbare programmierbare Stromquellen erreichen entweder nicht die notwendige Auflösung und Stabilität oder nicht den benötigten Frequenzbereich. Verallgemeinernd kann man sagen, dass zukünftig alle mechatronischen Systeme mit dem Anspruch auf Präzisionsmessungen, rückführbare Messungen von Wechselspannungen und –strömen benötigen. Momentan gibt es eine Begrenzung bei den relativen Unsicherheiten mit existierenden Raumtemperatur-Präzisionsvoltmetern bei 1 x 10-5 , selbst wenn diese regelmäßig mit DC-Josephson-Spannungsnormalen rekalibriert werden. Mit der Neudefinition der SI-Einheit Kilogramm können seit 2019 auch abgeleitete Größen wie Kraft auf direkt auf fundamentalem Wege, d.h. ohne kalibrierte Massenormale, kalibriert werden. Im Teilprojekt werden wir die neuen Spannungsnormale und Stromquellen mit unseren vorhandenen mechatronischen Aufbauten zunächst umfassend experimentell untersuchen und auch verwenden, um dies Systeme in bisher unerreichter Genauigkeit zu untersuchen und metrologisch zu verbessern. Im weiteren wird dann ein Gesamtsystem in Form des JoMass Planck-Waagen System aufgebaut, untersucht und validiert.