DE1061898B

DE1061898B - Verfahren und Vorrichtung zur Pruefung und/oder Sortierung von spannungsabhaengigen Widerstaenden

Info

Publication number: DE1061898B
Application number: DEG26122A
Authority: DE
Inventors: Karl Reinmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-01-08
Filing date: 1959-01-08
Publication date: 1959-07-23

Description

DEUTSCHES

Es sind Widerstandstnaterialien bekannt, deren Widerstandskennlinie nicht dem Ohmschen Gesetz gehorcht, sondern einen nichtlinearen Verlauf zeigt. Unter diesen nichtlinearen Widerständen bilden die spannungsabhängigen Widerstände eine besondere Gruppe. Im allgemeinen besteht deren Kennlinie aus einer Exponentialkurve.

Bei der Prüfung derartiger Widerstände treten vornehmlich zwei verschiedene Aufgaben auf. Durch die Herstellungart bedingt, ergeben sich bei den genannten spannungs abhängigen Widerständen große Streuungen der elektrischen Daten bei der Fertigung. Für einen Verbraucher derartiger Widerstände ist es daher notwendig, eine Prüfung der Widerstände auf ihre elektrischen Eigenschaften innerhalb bestimmter Toleranzen vorzunehmen, und anschließend eine Sortierung vorzusehen.

Die zweite Aufgabe besteht darin, bei spannungsabhängigen Widerständen deren Kennlinie nicht bekannt ist, die Konstanten zu bestimmen.

Bisher erfolgte die Prüfung dadurch, daß eine definierte Prüfspannung an den Prüfling angelegt und der durch ihn fließende Strom gemessen wurde. Bei dieser einfachen Prüf methode treten jedoch schwerwiegende Fehler auf, da die spannungsabhängigen Widerstände durch die Stromwirkung formiert werden, wobei eine Gleichrichterwirkung auftritt. Es besteht dann ein Sperr- und ein Durchlaßwiderstand, während die gewünschten eindeutigen Zusammenhänge zwischen Spannung und Strom nicht mehr gemessen werden können. Außerdem entstehen durch den sehr großen Temperaturkoeffizienten Meßfehler dadurch, daß die zu prüfenden Widerstände zufolge des Gleichstromes erwärmt werden und dann ihren Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur ändern. Ein weiterer Nachteil dieser Methode, bei welcher der Strom durch den Prüfling im Niederstrombereich lediglich bei einer Spannung gemessen wird, besteht darin, daß kein Schluß auf die Spannungsabhängigkeit des Prüflings, d. h. auf seine Kennlinie, daraus gezogen werden kann.

Zur Prüfung von spannungsabhängigen Widerständen, insbesondere für Überspannungsableiter, ist ein Verfahren bekannt, bei welchem neben einem Hochstromprüfstoß relativ kurzer Dauer ein zweiter Prüfstromstoß relativ langer Dauer gleichzeitig auf den Prüfling gegeben wird. Da bei diesen Stromstößen die Spannungen Undefiniert sind, müssen die entsprechenden Spitzenströme und Spitzenspannungen mit vier Instrumenten gemessen werden. Diese Prüfung eignet sich daher wegen des notwendigen Aufwandes und der Schwierigkeiten des Meßverfahrens nicht zur Serienprüfung durch Hilfskräfte.
Die Erfindung beseitigt die Mangel und Nachteile

Verfahren und Vorrichtung

zur Prüfung und/oder Sortierung

von spannungsabhängigen Widerständen

Anmelder:

Max Grundig,
Fürth (Bay.), Kurgartenstr. 37

Karl Remmann, Fürth (Bay.),
ist als Erfinder genannt worden

der bisher bekannten Prüfverfahren und ermöglicht auf einfache Weise durch ungelernte Kräfte eine schnelle Prüfung und Sortierung von spannungsabhängigen' Widerständen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß unmittelbar nacheinander kurzzeitig, mehrere wahlweise einstellbare, konstante P ruf spannungen an den Prüfling gelegt werden und daß der jeweils sich ergebende Strom durch den Prüfling mit einem Normalwert verglichen und eventuell angezeigt wird und daß in Abhängigkeit vom Vergleich Anzeige- und/oder Sortiervorrichtungen gesteuert werden.

Durch das Anlegen genau definierter einstellbarer konstanter Spannungen, die automatisch nacheinander wirksam werden und die Anzeige bzw. den Vergleich der den Spannungen zugehörigen Ströme werden zwei Punkte der Kennlinie des Prüflings ermittelt. Daraus lassen sich sofort die Konstanten ablesen bzw. berechnen. Bekanntlich ist die Strom-Spannungs-Kennlinie eines spannungsabhängigen Widerstandes im doppel-

4-0 logarithmischen Koordinatensystem als Gerade darstellbar. Eine Gerade ist durch zwei Punkte bestimmbar. Daher genügt es für zwei Prüfspannungen die entsprechenden Ströme zu ermitteln.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht

Φ5 somit zwei verschiedene Betriebsweisen. Einerseits wird bei fest eingestellten Prüfspannungen der Prüfstrom durch den Prüfling, dessen technische Daten auf Toleranzhaltigkeit untersucht werden sollen, mit einem festen den Solldaten entsprechendem Strom verglichen. Bei Abweichungen des Prüfstromes vom Sollwert, sofern die Differenz größer ist als der Toleranzbereich, werden Anzeige-, Steuer- und/oder Sortiereinrichtungen betätigt. Die zweite Prüfmöglichkeit besteht darin, daß bei einem Prüfling dessen

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Kenndaten unbekannt sind bei einem voreinstellbaren Strom durch Abänderung-der Prüf spannungen jene Spannungen gesucht werden, bei welcher der Strom seinen Sollwert erreicht.

Der Vergleich des Prüfstromes mit einem Vergleichstrom wird dabei gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch ermöglicht, daß mit Hilfe von Relaisschaltungen zwei verschieden hohe elektronisch Stabilisierte Gleichspannungen kurzzeitig an den Prüfling gelegt werden und daß automatisch mit der Umschaltung der Prüfspanntmgen Widerstände der Vergleichsanordnung parallel geschaltet werden, derart, daß der Strom durch die Vergleichsanordnung unabhängig von der angelegten Spannung konstant bleibt. Zur Ermittlung der Kenndaten eines in seinen Konstanten unbekannten Prüflings werden die Prüfspannungen, die abwechselnd an den Prüfling gelegt werden, von Hand so lange verändert, bis ein voreinstellbarer Strom durch den Prüfling fließt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung, welche beispielsweise eine Vorrichtung zur Prüfung und/oder Sortierung von spannungsabhängigen Widerständen zeigt, näher erläutert. In der Zeichnung sind die zur Erläuterung der Erfindung nicht notwendigen Teile des Prüfgerätes, wie Netzspannungsversorgung u. dgl., nicht eingezeichnet. Bei der Serienprüfung von spannungsabhängigen Widerständen eines Typs, dessen Konstanten bekannt sind und deren Toleranzhaltigkeit geprüft werden soll, •befinden sich die Schalter und Relais im Ruhezustand in den eingezeichneten Stellungen. Durch Betätigung der Taste 1 wird ein Relais 2 in Wirksamkeit gebracht. Durch einen Arbeitskontakt 3 wird die positive Betriebsspannung von der Spannungsquelle 4 an die Anoden der verwendeten Röhren angelegt. Dabei bilden die Röhren 5, 6, 7 und 8 eine an sich bekannte elektronisch stabilisierte Gleichspannungsquelle. 'Gleichzeitig mit dem Arbeitskontakt 3 wird ein weiterer Kontakt 9 des Relais 2 umgeschaltet, wodurch sich ein Kondensator 10 über einen Widerstand 11 und zwei weitere Relais 12 und 13 entlädt. Dabei Tiaben die beiden Relais 12 und 13 unterschiedliche Zeitkonstanten. Das Relais 12 weist eine Zeitkonstante Von ungefähr 100 msec, und das Relais 13 von etwa 200 msec auf. Durch den Kontakt 14 des Relais 12 "das zuerst anzieht, wird die höhere der beiden Prüfspannungen, die mit Hilfe des veränderbaren Widerstandes (Potentiometer) 15 eingestellt werden kann, über den Schalter 16 an das Gitter 17 der Röhre 6 gelegt. Dadurch stellt sich über dem zu untersuchenden spannungsabhängigen Widerstand (Prüfling 18) eine genau definierte Spannung ein. Die Spannungsquelle für den Prüfling 18 weist dabei einen sehr niedrigen Innenwiderstand auf. Durch das Relais 13 wird ein Arbeitskontakt 19 betätigt, welcher den Stromkreis durch den Prüfling über die Wicklung 42 eines hochempfindlichen Relais 20 schließt. Gleichzeitig wird durch einen -weiteren Kontakt 21 des Relais 12 ein Nebenschlußwiderstand 22 zu einer Relaisspule parallel geschaltet. Nach etwa 0,1 Sekunde fällt das Relais 12 ab. Dadurch stellt sich über dem veränderbaren Widerstand 23 eine niedrige Prüfspannung im Zusammenwirken mit der Röhre 6 über den Prüfling 18 ein. Gleichzeitig öffnet sich der Arbeitskontakt 21., und der gesamte Strom durch den Prüfling IS fließt lediglich durch die eine Spule des Relais 20. Der Parallelwiderstand 22 ist dabei derart bemessen, daß der Strom durch die Wicklung 42 des Relais 20 auch bei Variation der Prüfströme im Verhältnis 10:1 konstant bleibt. Nach 0,2 Sekunden fällt auch das Relais 13 ab und beendet dadurch den Prüfvorgang. Das Relais 20 weist eine Kompensationswicklung 24 auf. Diese wird über einen einstellbaren Widerstand 25 von einem bestimmten Strom durchflosse^ Der Widerstand 25 wird dabei so eingestellt, daß die Amperewindungen der beiden Spulen des Relais 20 gleich sind und sich bei Sollstrom durch den Prüfling gegenseitig aufheben. Mit Hilfe des voreinstellbaren Widerstandes 25 wird daher der entsprechende Strom durch den Prüfling festgelegt, bei welchem keine Abweichung angezeigt wird. Wenn jedoch der Strom durch den Prüfling 18 vom Sollwert abweicht, wird der mittlere Kontakt 26 des Relais 20 entweder den Kontakt 27 oder den Kontakt 28 schließen. Dadurch wird, wie im Ausführungsbeispiel gezeichnet, eines der beiden Stromtore 29 bzw. 30 gezündet. In deren Anodenkreisen befindet sich je ein Relais 31 bzw. 32. Die Relais 31 und 32 weisen je einen Umschaltkontakt 33 bzw. 34 auf. In Ruhestellung der beiden Relais 31 und 32 leuchtet die Signallampe 35,, beispielsweise grün. Sobald eines der Relais 31 oder 32 erregt wird, werden die Kontakte 33 bzw. 34 geschlossen, wodurch die Lampe 35 erlischt und eine der Lampen 36 bzw. 37 aufleuchtet.

Zur sinnfälligen Anzeige werden die Lampen 36 bzw. 37 z. B. rotleuchtend ausgeführt. Es ergibt sich somit eine Anzeige, die erkennen läßt, ob der jeweils geprüfte Prüfling mit seinen Kenndaten innerhalb oder außerhalb der ±-Toleranzen liegt.

Durch Öffnen des Schalters 1 fällt das Relais 2 ab, wodurch der Kontakt 3 geöffnet und der Kontakt 9 umgeschaltet wird. Gleichzeitig damit fallen auch alle andern Relais wieder ab, und ein neuer Prüfvorgang kann eingeleitet werden. Durch die jeweils nur 0,1 Sekunde betragende Prüfdauer mit einer bestimmten Spannung tritt noch keine beachtenswerte Erwärmung des Prüflings "ein, und daher wird der eindeutige Zusammenhang zwischen Prüfstrom und Prüfspannung erhalten. Es fallen daher auch die Meßfehler, welche durch den hohen Temperaturkoeffizienten der spannungsabhängigen Widerstände bedingt sind, weg. Die hohen Temperaturkoeffizienten bewirken nämlich eine Änderung seiner Eigenschaften sobald durch den den Prüfling durchfließenden Prüfstrom eine Erwärmung auftritt. Es ist ohne weiteres möglich, durch die Relais 3-1 bzw. 32 (in der Zeichnung nicht dargestellt) weitere Schaltkontakte zur Betätigung von Sortiereinrichtungen, Weichen u. dgl. anzubringen.

Zur Einstellung des Gerätes auf die Daten eines bestimmten Prüflings werden die Prüfspannungen zunächst mit Hilfe der veränderbaren Widerstände 15 und 23 eingestellt, wobei die eingestellten Spannungen am Spannungsmesser 38 abgelesen werden. Dazu wird zunächst der Schalter 16 umgeschaltet und die niedrigere Spannung am Widerstand 23 eingestellt. Anschließend wird der Schalter 39 umgelegt und mit Hilfe des Potentiometers 15 die höhere Spannung festgelegt.

Eine weitere Verbesserung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß an Stelle des Relais 20 zwei an sich bekannte Impulsformerstufen (z. B. Schmidt-Trigger-Stufen) vorgesehen werden. In Reihe mit dem Prüfling 18 wird ein Arbeitswiderstand eingeschaltet und der an diesem durch den Prüfstrom auftretende Spannungsabfall dient zur Steuerung des Steuergitters der Impulsformerstufe. Durch geeignete Einstellung des Arbeitspunktes der Impulsformerstufe ist es möglich, diese bei einem beliebig wählbaren Amplitudenwert,

d. h. bei einem ganz bestimmten Prüfstrom zum An-

Claims

sprechen zu bringen. Sobald der Spannungsabfall diesen Wert erereicht hat, öffnet sich die Impulsformerstufe und eine Rechteckspannung kann ihr entnommen werden. Diese Rechteckspannungen dienen dann zur Einleitung der Zündung der Röhren 29 bzw. 30. Dadurch ist es möglich, den Toleranzbereich auf sehr geringe Abweichungen einzustellen, wodurch die Meßgenauigkeit nahezu beliebig gesteigert werden kann. In ähnlicher Weise dient die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Bestimmung der Kenndaten eines unbekannten Prüflings 18. Dazu werden die Schalter 16 und 40 in die strichliert eingezeichneten Stellungen umgeschaltet. Unabhängig von der Tätigkeit des Relais 12 wird dauernd die durch den Widerstand 23 angelegte erste Prüfspannung über die Röhre 6 der elektronisch stabilisierten Gleichspannungsquelle am Prüfling 18 wirksam. Durch die Umschaltung des Schalters 40 wird gleichzeitig der Parallelwiderstand 22 dauernd abgeschaltet. Nunmehr wird durch Veränderung des Widerstandes 23 die Prüfspannung so lange variiert, bis keine der Röhren 29 bzw. 30· mehr zündet. Zündet jedoch beispielsweise die Röhre 29, dann ist die Prüf spannung zu klein und muß mit Hilfe des Widerstandes 23 auf größere Werte eingestellt werden. Zündet die Röhre 30, ist die Prüfspannung, immer bezogen auf einen durch den Widerstand 25 vorgegebenen Prüfstrom, zu groß und wird in gleicher Weise mit Hilfe des Widerstandes 23 verändert. Der Spannungswert bei dem keine der Röhren 29 bzw. 30 mehr zündet wird am Voltmeter 38 abgemessen. Im Zusammenhang mit dem bekannten Prüfstrom ergibt die damit eingestellte Spannung den ersten Meßpunkt. Nunmehr wird der Schalter 40 wieder zurückgeschaltet und der Schalter 41 umgeschaltet. In diesem Falle ist unabhängig von der Tätigkeit des Relais 12 dauernd der Stromkreis über den Widerstand 15 geschlossen. Gleichzeitig ist der Widerstand 22 dauernd parallel zum Relais 20 wirksam. In gleicher Weise, wie oben beschrieben, wird nunmehr mit Hilfe des veränderbaren Widerstandes 15 die Prüfspannung so lange variiert, bis keine der Röhren 29 bzw. 30 mehr zündet. Der so ermittelte Spannungswert ergibt mit dem bekannten Prüfstrom den zweiten Meßpunkt. Mit Hilfe dieser beiden Meßpunkte läßt sich nun, beispielsweise graphisch, die Kennlinie des Prüflings ermitteln. Es ist auch möglich, geeignete Anzeigeinstrumente anzuschalten, wodurch die Kenndaten direkt abgelesen werden können. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist nicht auf die dargestellte und beschriebene Vorrichtung beschränkt, sondern läßt sich mit fachmännisch abgewandelten, geeigneten ähnlichen Vorrichtungen ebenfalls in vorteilhafter Weise durchführen. Patentansprüche: 55

1. Verfahren zur Prüfung und/oder Sortierung von spannungsabhängigen Widerständen nach der Strom-Spannungs-Methode, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nacheinander kurzzeitig, mehrere wahlweise einstellbare, konstante Prüfspannungen an den Prüfling gelegt werden und daß der jeweils sich ergebende Strom durch den Prüfling mit einem Normalwert verglichen und eventuell angezeigt wird und daß in Abhängigkeit vom Vergleich Anzeige- und/oder Sortiereinrichtungen gesteuert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von Relaisschaltungen zwei verschieden hohe, elektronisch stabilisierte Gleichspannungen kurzzeitig an den Prüfling gelegt werden, daß automatisch mit der Umschaltung der Prüfspannung Widerstände der Vergleichsanordnung parallel geschaltet werden, derart, daß der Strom durch die Vergleichsanordnung unabhängig von der angelegten Spannung konstant bleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die P ruf spannungen derart an den Prüfling gelegt und variiert werden, daß ein voreinstellbarer Strom durch den Prüfling fließt.

4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine stabilisierte Gleichspannungsquelle, deren Ausgangs spannung durch Potentiometer wahlweise einstellbar ist und von einem Meßinstrument angezeigt wird, ferner durch Schaltmittel, welche in Abhängigkeit von der Entladung einer Kapazität die eingestellten Spannungen wahlweise kurzzeitig nacheinander an den zu prüfenden spannungsabhängigen Widerstand legen und diese Schaltmittel gleichzeitig bei der Umschaltung der P ruf spannungen einen Parallelwiderstand zur Vergleichsanordnung zu- bzw. abschalten, und daß ferner stromabhängige einstellbare Schaltmittel vorgesehen sind, z. B. Relais mit Kompensationswicklungen, welche je nach der Abweichung vom Sollwert des Prüf Stroms weitere vorgesehene Schaltstufen zur Anzeige- und/oder Sortierung steuern.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel zur wahlweisen Umschaltung der Prüfspannungen und des Widerstandes vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu steuernden Schaltstufen zur Anzeige aus Stromtoren bestehen, in deren Anodenkreis Relais angeordnet sind, welche Anzeigemittel, z. B. Glimmlampen od. dgl., und/ oder Sortiereinrichtung zum Ansprechen bringen.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stromabhängigen Schaltelemente aus Impulsformerstufen bestehen, die durch den Spannungsabfall an einem in Reihe zum Prüfling geschalteten Widerstand gesteuert werden und die Anzeige bzw. die Vorrichtungen auslösen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 536 581.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen