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Spannungsteiler Die Erfindung betrifft einen Spannungsteiler zum
Abgriff von Meßspannungen, der aus Einzelwiderständen mit wendelförmigen Strombahnen
aus Widerstandsschichten oder wirderstandadraht kettenartig zusammengesetzt ist.
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Bei derartigen Spannungsteilern besteht häufig der Wunsch, Ble SO
zu geetBiten, daß das Spaslungsteilerverhältnis, d. h. bei dem in Fig. 1 dargestellten
Spannun-gsteiler das Verhältnis der abgegfriffenen Spannung U2 zu der Hochspannung
U1, auch bei Temperaturschwankungen konstant bleibt. Dies ist, wie Fig. 5 erkennen
läßt, nur dann der Fall, wenn sich die Widerstände W1 und W2 bei Temperaturänderungin
gleichsinnig um denselben Prozentbetrag verändern.
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Bei kettenartig zusammengesetzten Spannungsteilern üblicher Bauart
findet dieser Gedanke insofern nicht Berücksichtigung, als sie aus verschiedenen
handelsUblichen Teilwiderständen zusammengesetzt werden, die im Hinblick auf den
gewünschten Widerstandswert gewählt sind, wobei der Erzielung eines temperaturunabhängigen
Teilerverhältnisses nicht Rechnung getragen ist. Insbesondere bei Spannungsteilern,
die aus verschiedenen Einzelwiderständen mit aus Widerstandsschichten gebildeten
wendelförmigen Strombahnen bestehen, ist das Spannungsteilerverhältnis temperaturabhängig,
da die geometrischen Abmessungen der Strombahnen großen Einfluß auf die Konstanz
des Spannungsteilervrhältnisses haben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannungsteiler der
oben beschriebenen Art zu schaffen, bei dem die Temperaturabhängigkeit seines Teilerverhältnisses
bzw. bei mehreren abgegriffenen Spannungen die Temperaturabhängigkeit seiner einer
verhältnisse möglichst klein ist. Diese Aufgabe löst ein Spannungsteiler mit dem
angegebenen Aufbau, bei dem erfindungsgemäß die Steigungen und Querschnitte der
wenelförmigen Strombahnen sämtlicher Einzelwiderstände ungeachtet unterschiedlicher
Widerstandswerte entweder, sofern diese denselben Temperaturschwankungen unterliegen,
gleich bemessen send und gegebenenfalls aus demselben Widerstandsmaterial bestehen
oder, sofern die Einzeiwiderstände Temperaturschwankungen unterschiedlicher Höhe
unterliegen, so gewählt sind, daß sich die Woirderstandwerte der beiderseits der
Abgriffstelle liegenden Widerstände bei den TemperaturschwankLingen gleichsinnig
um denselben Prozenstbetrag ändern.
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Während bei den bekannten kettenartig zusammengesetzten Spannungsteiltern
die Einzelwderstände lediglich im Hinblick
auf die gewünschten
Widerstandsverhältnisse gewählt sind, erfolgt beoi der Erfindung die Ausbildung
der Teilwiderstände systematisch im Hinblick auf die gewünschte Temperaturunabhängigkeit
der Teilerverhältnisse.
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Man kann den erfindungsgemäßen Spannungsteiler in der Weise realisieren,
daß die Steigungen und Querschnitte der wendelförmigen Strombahnen sämtlicher Einzelwiderstände
ungeachtet unterschiedlicher Widerstandswerte gleich bemessen sind und gegebenenfalls
aus demselben Widerstandsmaterial bestehen, Eine derartige Konstruktion fUhrt dann
zum Erfolg, wenn sämtliche Einzelwiderstände des Spannungsteilers denselben Temperaturschwankuingen
iunterliegen. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, so müssen die Einzelwiderstände
so konstruiert sein, daß durch unterschiedliche Temperaturbeiwerte ihrer Widerstandswerte
temperaturkonstante Teilerverhältnisse erzielt sind.
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PUr den Pall, daß sämtliche Einzelwiderstände denselben Temperaturschwankungen
unterliegen, ist es zweckmäßig, daß sie ungeachtet unterschiedlicher Widerstandswerte
Trägerkörper mit gleichem Wärnieverhalten aufweisen. Dies läßt sich dadurch verwirklichen,
daß sämtliche Trägerkörper hinsichtlich Größe, Konstruktion und Material identisch
sind. Dadurch set sichergestellt, daß auch bei kuzeitigen Temperaturschwankungen
sämtliche Einelwiderstände dieselbe Temperatur annehmen.
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Yornehmlich bei identischen Trägerkörpern fttr alle Einzelwiderstände
und bei nicht ganzzahligen Teilerverhältnissen tritt der Fall auf, daß der zum Abgriff
der Meßspannung dienende Widerstandeteil einen kleineren Widerstandswert als Jeder
der TEilwiderstände besitzt und dem. gemäß seine wendelförmige Strombahn relativ
kurz ist. Dann ist es zweckmäßig, den zum Abgriff dienenden Widerstandsteil nicht
als selbständigen Teilwiderstand auszuführen, sondern durch Kontaktmissel eine Unterteilung
einer von der Zahl der abzugreifenden Spannungen abhängigen Anzahl von Teilwiderständen
vorzunehmen.
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In diesem Falle werden also die zum Abgriff der Meßspannung dienenden
Kontaktmittel nicht, wie bei bekannten Spannungsteilern der vorilegenden Art üblich,
zwischen den Einzelwiderständen angeordnet, sondern in æweckmEßiger Weiterbildung
der Erfindung sind die Kontaktmittel zum Abgriff von Meßspannungen itn Bereich von
Einzelwierständen vorgeschen und stehen mit den Strombahnen der betreffenden Einzelwiderstände
in elektrisch leitender Verbindung.
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In der Regel erfolgt die Stromzuführung und Stromabnahme bei Meßwiderständen
schlechthin durch Anschlußkappen, die an den Enden des Trägerkbrpers des Widerstandes
angeordnet sind. Die Wärmeableitung durch diese Anschlußkappen kann bei der Ver-Wendung
der Meßwideretände als Teilwiderstände in einem Spannungsteiler ebenfalls zu einer
Inkopnstanz des TeilerverhältnisseB führen. Wird der Meßwiderstand tUr sich allein,
also nicht im Rahmen eines Spannungsteilers, verwendet, so bedeutet die
Wärmeableitung
durch die Anschlußkappen die Gefahr einer Anderung des Widerstandswertes. Um diese
Gefahr auszuschließen, wird ferner vorgeschlagen, bei einem Meßwiderstand mit wendeltibrmiger
Strombahn aus Widerstandschicht oder Widerstandsdraht und Änschlußkappen an den
Enden seines Trägerkörpers die wendelförmigen Strombahnen so anzuordnen, daß erfindungsgemäß
der Trägerkdrper zwecks herabsetzung der wärmeabeitenden Wirkung der Anschlußkappen
und/oder der Kontaktmittel auf die wendelförmige 8trombPhn von dieser freie Bereiche
aufweist. Das bedeutet, daß bei einem an beiden Enden mit Anschlußkappen versehenen
Meßwiderstand die Wendel sich nur Uber die mittleren Bereiche des Trägerkörpers
erstreckt und an den durch die hnschlußkappen ge-Kühlten Teilen des Trägerkörpers
die Widerstandsschicht bzw. der Widerstandadraht möglichst kurz als Verbindung zwischen
der Wendel und den Anschlußkappen geführt ist. Dadurch ist sichergestellt, daß der
an den gekühlten Bereichen liegende Teil des Widerstandes sehr klein und daher auch
die bei Temperaturänderungen auftretende Abweichung des Widerstandawertes verschwindend
ist.
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Die Erfindung wird schematisch anhand der ausführungsbeispeile der
Figuren 2 bis 4 erläutert. Bei dem in Pig. 2 dargestellten, aus mehreren Einzelwiderständen
w kettenartio zusammengesetzten Spannungstailer sind die Steigung und die Querschnitte
der wendelförmigen Strombehnen im Hinblich auf Temperaturnabhängig-Wiet des Teileverrhältnisses
des Spannungsteiles, gegben das Verhältnis des zur Abgriff der Meßspannung dienenden
Widerstandteiles
W2 zu dem Vorwiderstandsteil Wi,gewählt Nan erkennt, daß unabhängig von den Widerstandswerten
der Widerstandsteile W2 und W1 identische Trägerkörper tUr die Teilwiderstände verwendet
sind, und daß die dem Widerstand teil W2 zugeordnete wendelförmige Strombahn auf
dem Trägerkörper des letzten Einzelwiderstandes des W?iderstandsteils W1 angeordnet
ist. Der Abgriff der Meßspannung erfolgt mittels der Kontaktschelle K, die im Bereich
des letzten Teilwiderstandes angeordnet ist und mit der Kontaktbahn dieses Teilwiderstandes
in elektrisch leitender Verbindung steht.
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In Fig. 3 ist der letzte Teilwiderstand der den Spannungsteiler bildenden
Widerstandskette etwas größer herausgezeichnet. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich,
daß die Anschlaßkappen A, die auf beide Enden des Trägerkörpers T des Widerstands
aufgeschoben sind, infolge ihrer an die wende 1 förmige Strombahn S angrenzende
Lage eine Külung der Strombahn in den benachbarten Bereichen vornehmen können. Dasselbe
gilt bezüglich des Einflusses der Kontaktschelle K.
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Wie Fig. 4 erkennen läßt, kann dieser Einfluß der Anschlu5-kappen
und gegebenenfalls auch der Kontaktschelle dadurch zumindest herabgesetzt werden,
daß der Trägerköeper T von der wendelförmigen Strombahn S freie Bereiche B aufweist,
so das die wendeflörmige Strombahn soweit von den abt külenden Anschlußorganen A
und K entfernt ist, daß diese die Temperatur der Strombahn nicht- beeihflussen.
das bedeutet,
daß die Strombahnen zwischen der Wendel und den entsprechenden
Anschlußorganen lediglich als niederohmige Verbindungen zwischen den Anschlußorganen
einerseits und der wendelförmigen Strombahn andererseits ausgeführt sind.
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Im Falle einer Widerstandsschicht ist dies dadurch realisierbar, daß
im Bereich der Anschlunorgane die Schicht umgewendelt ist, d. h. dem strom dort-
ein großer Querschnitt zur Verftigung steht.
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Bei einem Spannungsteiler, bei dem es nicht auf Temperaturunabhängigkeit
seines Gesamtwiderstandes, sondern der.Teilerverhältnisse ankommt, genügt es, bei
einzelnen Teilwiderständen von der Widerstandwendel freie Bereiche vorzusehen, die
so bemessen sind, daß trotz der Wärmeableitung durch die Kontaktorgane die Teilerverhältnisse
konatant bleiben.
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Diese zuletzt beschriebenen Maßnahmen haben verständlicherweise auch
dann Bedeutung, wenn der Meßwiderstand niht im Rahmen eises kettenartig aus mehreren
Einzelwiderst änden aufgebauten Spalmungsteilers, sondern als einzelner Meßwiderstand
Verwendung finden soll.
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Einen Anwendungsfall fur den erfindungsgemäßen Spannungsteiler mit
temperatururabhänigem Teilerverhältnis bildet beispislsweise eine Regelschaltung
zur Erzeugung der Beschleunigungsspannung von Elektronenmikroskopen. In derartigen
Schalt
ungen werden hochohmige Meßspannungsteiler benötigt, bei denen die Konstanz des
Teilerverhältnisses extrem hoch sein muß. Verständlicherweise haben Mittel zur Erzeugen
einer konstanten Eingangsspannung des Spannungsteilers, die in Fig. 1 mit U1 bezeichnet
ist, nur dann Sinn, wenn das Teilerverhältnis des nachgeschalteten Spannungsteilers
konstant ist, da nur dann eine konstante Ausgangsspannung U2 Abgenommen werden kann.
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Wenn auch die Erfindung nur anhand einen Ausführungsbeispieles für
einen' Spannungsteiler zum Abgriff einer einzigen Keßepannung beschrieten ist, hat
sie verständlicherweise auch, bei Spannungstei,lern zur Erzeugung mehrerer, konstanter
Meßspannungen, d.h. bei Anordnungen mit mehreren Abgriffen, Bedeutung. Dabei sollen
unter Meßspannungen auch Regelepannungen oder dergleichen verstanden sein, die bei
einer Xnderung der Eingangsspannung des Spannungiteilers einen Regelvorgang oder
einen anderen Vorgang einleiten.
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4 Figuren 5 # Ansprüche