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Elektrischer Widerstand.
Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass die spezifische Wärme der Metalle der Zirkoniumgruppe, der u. a. auch Hafnium angehört und ihren Verbindungen, bei einer bestimmten Temperatur stark wächst.
Es ist weiter festgestellt worden, dass dieser Bereich von überaus hoher spezifischen Wärme mit einem Bereich zusammenfällt, wo der Temperaturkoeffizient negativ ist.
Nimmt man von diesen Metallen die Volt-Ampere-Charakteristik auf, so zeigt sich, dass diese einen bestimmten Bereich aufweist, in dem eine Änderung der Stromstärke eine verhältnismässig kleine Änderung der Spannung zur Folge hat.
Die Erfindung betrifft nun Apparate mit elektrischen Widerständen aus den erwähnten Metallen und deren Legierungen ; diese Widerstände sind erfindungsgemäss so bemessen, dass ihre Betriebstemperatur bei einer Temperatur liegt, bei der das Material seine grösste spezifische Wärme besitzt.
Es ist gefunden worden, dass die obenerwähnten besonderen Eigenschaften durch Zusatz von passend gewählten Mengen anderer Stoffe verstärkt werden können.
Widerstände gemäss der Erfindung haben die Eigenschaft, dass ihre Temperatur gegen Schwankungen in der Stromstärke sehr wenig empfindlich ist. In dieser Hinsicht nimmt Zirkonium eine besondere Stelle ein, da es diesen hohen Wert der spezifischen Wärme gerade bei einer Temperatur aufweist, die als Arbeitstemperatur für Oxydkathoden und ähnliche bei verhältnismässig niedriger Temperatur emittierende Kathoden in thermionischen Geräten in Frage kommt. Die grosse spezifische Wärme verringert dabei in hohem Masse die Temperaturschwankungen bei unmittelbarer Speisung mit Wechselstrom.
Es ist bekannt, Glühfaden für Elektronenröhren aus Zirkonium, Hafnium oder deren Legierung herzustellen, weil diese Metalle eine starke Emission aufweisen. Von der obenerwähnten Eigenschaft ist jedoch bisher noch nicht in zweckmässiger Weise Gebrauch gemacht worden.
Die Temperatur, bei der die erwähnten Metalle oder Legierungen in genügendem Masse Elektronen zu emittieren anfangen, liegt viel höher als die Temperatur bei der das Maximum der spezifischen Wärme auftritt.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung an einigen Diagrammen und einigen Anwendungs- möglichkeiten beispielsweise erläutert. Fig. 1 zeigt den Verlauf des spezifischen Widerstandes des Zirkonium mit der Temperatur. Fig. 2 zeigt die Volt-Ampere-Charakteristik eines Zirkoniumdrahtes. Fig. 3 zeigt den Verlauf der spezifischen Wärme mit der Temperatur. Fig. 4 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit für die Angabe kleiner Spannungsänderungen. Fig. 5 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit
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Zirkoniumglühdraht.
Die Fig. 1, 2 und 3 sind ohne weiteres verständlich. In Fig. 1 bezieht sich die Kurve I auf reines Zirkonium, während sich die Kurve II auf Zirkonium bezieht, dem eine geringe Menge Aluminiums (einige von Hundert) zugesetzt ist. Es ist ersichtlich, dass der Zusatz des Aluminiums die Abnahme des spezifischen Widerstandes im Bereich von T = 11000 bedeutend jäher macht. In Fig. 2 sind die Stromstärken auf der Abszissen-und die Spannungen auf der Ordinatenachse aufgetragen. Diese Figur bezieht sich auf einen Zirkoniumdraht, der einige von Hundert Aluminium enthält.
Es ist einzusehen, dass man durch Anwendung von passend gewählten Vorschalt- oder Nebenschlusswiderständen die Krümmung des Teiles a-b der Charakteristik beeinflussen kann.
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25fachen Betrag des Normalwertes an, so dass die spezifische Wärme des Drahtes in diesem Punkt bedeutend grösser ist, als der Normalwert der spezifischen Wärme, der für die verschiedenen Metalle nicht erheblieh abweicht. Drähte aus diesem Material sind für wechselstromgespeiste Kathoden geeignet.
Man kann zu diesem Zweck einen Zirkoniumdraht mit einer Schicht von grosser Emission überziehen.
Man kann die emittierende Schicht auf dem Kern unmittelbar oder unter Verwendung einer Zwischenlage anbringen. Hafnium kann bei entsprechender Bemessung sogar ohne Belag einer emittierenden Schicht als Material für eine Wechselstromkathode verwendet werden, da die grosse spezifische Wärme des Hafniums bei einer Temperatur liegt, bei der Hafnium genügend emittiert.
In Fig. 4 ist 1 !' ein in einer Glasglocke angebrachter Widerstsnd aus Zirkoniumdraht, der mit einem Amperemeter A in Reihe liegt. Schwankt die Spannung an den Klemmen it und !,', so schwankt bei richtiger Bemessung des Widerstandes 11'die Stromstärke in A in bedeutend höherem Masse, so dass das System nach Fig. 4 einen sehr empfindlichen Indikator für Spannungssehwankungen bildet.
Fig. 5 zeigt, wie der Einzelwiderstand nach der Erfindung zum Abzweigen einer konstanten Spannung von einer Spannungsquelle verwendbar ist, die Spannungsänderungen ausgesetzt ist. u und v sind die Klemmen einer Stromquelle mit nicht vollkommen gleichbleibender Spannung, r ist ein Vor- sehaltwiderstand. Die den Klemmen x und y entnommene Spannung ist infolge der beschriebenen, besonderen Eigenschaft des Widerstands ! o praktisch gleichbleibend. Man kann die Vorrichtung nach Fig. 5 zum Speisen von Gluhdrähten thermiomscher Geräte aus einem Gleiehstromnetz und überhaupt in denjenigen Fällen verwenden, in denen eine konstante Spannung enviinseht ist und nicht unmittelbar zur Verfügung steht.
In Fig. 6 ist die Lichtstärke einer Zirkoniumiampe in Abhängigkeit von der Spannung dargestellt.
Die Charakteristik ist für einen aluminiumhaltigen Zirkoniumdraht aufgenommen. Die Ordinaten stellen die Liehtstärke, die Abszissen die Spannung dar. Das Diagramm zeigt, dass bei zunehmender Spannung die Lichtstärke bei etwa 10'4 Volt einen Sprung macht, während bei abnehmender Spannung die Lichtstärke bei 10 Volt plötzlich sich praktisch dem Nullwert nähert. Den Wert der Spannung, bei dem diese Sprünge auftreten, kann man selbstverständlich durch angemessene Wahl der Länge, der Dicke und der Zusammensetzung des Drahts regeln.
Eine solehe Zirkoniumlampe"ist als Spannungsindikator verwendbar.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Apparat mit einem oder mehreren Widerständen aus Zirkonium oder andern Metallen der Zirkoniumgruppe und deren Legierungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände so bemessen sind, dass ihre Betriebstemperatur bei der Temperatur liegt, bei der das Material seine grösste spezifische Wärme besitzt.