Die Werte von elektrischen Gleichspannungen und Widerständen lassen sich mit Hilfe des Josephson- bzw. des Quanten-Hall-Effekts mit einer relativen Unsicherheit von 10–9 reproduzieren. Für Wechselspannungen und Wechselstromstärken, die in der Messtechnik mindestens ebenso wichtig sind, gibt es keine genauen Realisierungen. Man führt deshalb die Wechselgrößen auf äquivalente Gleichgrößen zurück (AC-DC-Transfer), indem man z. B. die von einem Wechselstrom in einem Heizdraht hervorgerufene Temperaturerhöhung mit der von einem Gleichstrom bekannter Größe verursachten Erhöhung der Temperatur vergleicht.
Für diese Aufgabe benutzt man Thermokonverter, in denen die Temperaturerhöhung des Heizdrahtes durch zahlreiche hintereinandergeschaltete Thermoelemente gemessen wird. Die früher gebräuchlichen Thermokonverter hatten einen komplizierten dreidimensionalen Aufbau. Sie mussten in Handarbeit unter dem Mikroskop hergestellt werden und waren deshalb ungeeignet für eine Massenfertigung, die der großen Nachfrage seitens der Kalibrierdienste und der Nationalen Metrologieinstitute hätte nachkommen können. Demgegenüber entwickelten Dr.-Ing. Manfred Klonz und Dipl.-Phys. Thomas Weimann von der PTB einen Thermokonverter, der sich mit Dünnschichttechniken herstellen ließ, wie sie in der Halbleiterindustrie eingesetzt werden. Für diese Arbeit wurde ihnen der mit 10.000 DM dotierten Helmholtz-Preis 1990 im Bereich „Präzisionsmessung physikalischer Größen“ verliehen.
Der planare Vielfachthermokonverter saß auf einem 2 × 3 mm2 großen und 3 µm dicken Fenster aus Siliziumoxid, das in einen 5 × 8 mm2 großen Siliziumchip anisotropisch geätzt worden war. Ein Heizer und 108 Thermoelemente aus Kupfer und der Kupfer-Nickel-Legierung Konstantan wurden auf das Fenster aufgedampft. Der stromdurchflossene Heizer erwärmte das Fenster, das die Wärme nur sehr schlecht weiterleitete. Die dadurch verursachte Temperaturerhöhung wurde von den Thermoelementen gemessen. Bis zu 100 Thermokonverter konnten auf einem Wafer gleichzeitig hergestellt werden. So war es möglich, das neue Messelement in hoher Stückzahl und mit großer Präzision zu fertigen. Da sich die Eigenschaften des planaren Vielfachthermokonverters in Abhängigkeit von der Größe und Form seiner Komponenten berechnen ließen, konnte man sie durch Computersimulation optimieren.
Auf diese Weise stellten Klonz und Weimann einen planaren Vielfachthermokonverter her, der Wechselspannungen bei 2 V für Frequenzen von 10 Hz bis 1 MHz mit einer Unsicherheit von weniger als 10–6 messen konnte. Seither ist der Vielfachthermokonverter weiterentwickelt worden, sodass die Messunsicherheit für sehr niedrige Frequenzen im mHz-Bereich bei einigen 10–7 und für hohe Frequenzen bis 100 MHz bei einigen 10–6 liegt.
Dadurch konnte die PTB ihre Spitzenstellung beim AC-DC-Transfer weiter ausbauen.