DE1900424A1

DE1900424A1 - Standardeinstellwiderstand

Info

Publication number: DE1900424A1
Application number: DE19691900424
Authority: DE
Inventors: Smith Jun John Preston
Original assignee: Vishay Intertechnology Inc
Current assignee: Vishay Intertechnology Inc
Priority date: 1968-07-01
Filing date: 1969-01-04
Publication date: 1970-01-22
Also published as: GB1252598A; US3571778A; FR1594339A

Description

Dr.-Ing. Herbert Moser ¹⁹ ° O 4 24

Pattniaawalt Λ 44V

75 Karltruhe, EUtingmtmlkiu

AnmelderLn: VISHAY INTERTECIiNOLOGY, INC. / USA

Standardeins tellwiderstand

Die Erfindung betrifft Standardeiris teilwiderstände und insbesondere solche Geräte, welche eine extrem hohe Genauigkeit, Stabilität und eine vielseitige VerwendungsmÖglichkeit besitzen.

In bekannter Weise werden für Präzisionswiderstandsmessungen getrennte Normalwiderstände verwendet, von denen jeder einen bestimmten Wert aufweist. Ein einziger Laboratoriums-Nomalwiderstand kann dabei einen Durchmesser von 3»? bis 7_t6 cm und eine beträchtliche Höhe aufweisen. Ein Laboratoriumssatz von solchen Widerständen kann somit aus mehreren sorgfältig ausgewählten Widerständen bestehen, welche Werte in der Größe von Bruchteilen eines Ohm aufweisen, außerdem mehrere sorgfältig ausgewählte Widerstände, deren Werte in der Größe von Ohm liegen, ferner mehrere sorgfältig ausgewählte Widerstände im Größenbereich von 10 Olim usw, Es war daher in der Vergangenheit erforderlich, für Präzisionswiderstandsbestimmungen mehrere Schäfte mit einzelnen Widerständen vorrätig zu haben*

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9 O O Λ ? A

Der Gebrauch dieser j'ornial-Widers tände, von denen jeder einen einzelnen Wert aufwies, erιorder te außerdem schwierige und zeitraubende !',wischen- oder rieihenverbindungen,

Kür Anwendung;] zwecke, u^i lerien die Genauigkeit vjn iiormal-Widers türiden ni'hi. verlangt wird, sind sogenannte Widerstandsdekaden angewendet v/or.ieri» Em wesentlichen zeigen alle verfügbaren, gob raue h Li'.; hen und in Jpesialausführung hergüü teilten Widerstaridsdekaden in bekannter V/eise folgende grundsätzlichen Schwierigkeiten:

a) Mangel an ins trugen teller Genauigkeit,

b) lastabhängige '.."Ldersfcandsänderungen (shifting),

c) Änderungen in Abhängigkeit von Temperatur, Feuchtigkeit υα-r Druck des umgebenaen Mediums (z.B. Atnioaph'ireadruck) und

d) Schwierig]:;: i cen in der Bestimmung der Enduchritte.

Das letztgenannte Probleni ist von besonderer Bedeutung, denn es bildet eine den. Widerstandsdekaden eigene Begrenzung ihrer Leistungsfähigkeit hinsichtlich anwendbarer Frequenz sowie Größe und Leichtigkeit der Einstellung. Die üblichen Verbesserungen ,zur Leistungssteigerung von. Widerstandsdekaden beziehen sich auf die Genauigkeit der Einzelwiderstände (gewöhnlich induktive Widerstände), welche in den Widerstandsdekaden verwendet werden. Diese Annäherung an eins optimale-

Lösung erzeugt beträchtliche Verwirrung, wenn die Bedierirui-·-,:]-

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person beim Gebrauch Kotnpensalionsweri e hinzufügen oder abziehen muß, welche sich oft in verschiedenen Größenbereichen der Widerslandswerte unterscheiden.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, Slaudardeinstellwiderstände anzugeben, welche eine bisher unerreichte, günstige Kombination der Leistungsfähigkeilsparameter einschließlich Genauigkeit, Stabilität und Vielseitigkeit aufweisen.

Es ist ferner Gegenstand der vorliegenden Erfindung, solche Geräte anzugeben, welche in einer kompakten Einheitsausfülirung extreme Zuverlässigkeit für Präzisionswidersiandsbestimmungen in vielen bedeutenden Werten,mit der Anpassungsfähigkeit, der Handhabungsgeschwindigkeit und Bequemlichkeit der Änderung von Widerstandswerten verbinden, die vergleichbar sind mit den werten, die (ohne extreme Genauigkeit) bei Widerstandsdekaden erreicht werden können.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Standardeinstellwiderstandes, welcher eine im wesentlichen unbegrenzte Zahl von Widerstandseinstellungen bis zu 100 000 Ohm ermöglicht.

Ferner ist die Schaffung eines Standardeinstellwiderstandes Gegenstand der vorliegenden Erfindung, bei dem Änderungen des Gesamtwiderstandes einfach hergestellt werden können und bei dem diese Änderungen direkt am Gerät ablesbar sind.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Standardeinstellwiderstand mit niohtinduktiven Präzisionswiderständen bestückt, welche mit kompakten Dreharmschaltern für eine digitale Anzeige des Gesamtwiderstandes für Widerstandseinstellungen von 0 bis 99 999 Ohm verbunden sind. Als ein integraler Teil dieser Geräte ist erfiudungsgemäß ein Drahtschiebewiderstand mit den oben genannten, nichtinduktiven Präzisionswiderständen verbunden, welcher durch seine stufenlose Einstellung unbegrenzte Widerstandseinstellungen bis 100 000 0hm ermöglicht. Der Drahtschiebewiderstand ist dabei erfindungswesentlich mit einem scheibenförmigen Nonius verbunden, welcher in 0.01 Ohm-Werten eingeteilt ist. Insgesamt ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß Schalter vorgesehen sind, welche unmittelbar digital den eingestellten Widerstandswert von untereinander verbundenen, nichtinduktiven Präzi3ionswiderständen anzeigen, daß jeder dieser Präzisionswiderstände ein Widerstandselement in einem dampfdichten Gehäuse enthält und aus einem metallischen Widerstandsfilm besteht, der thermisch auf einem festen dielektrischen Träger aufgebracht ist, und daß dieser metallische Widerstandsfilm elastische Eigenschaften aufweist, welche in Spannung und Druck dem Hooke^f/schen Gesetz gehorchen.

Auf diese Weise überwindet der Standardeinstellwiderstand gemäß der vorliegenden Erfindung die Größenprobleme und die Probleme der Herstellung von Verbindungen, wie sie bei Normalwiderständen auftreten. Außerdem gewährt das Gerät gemäß der Erfindung die Handhabungsbequemlichkeit üblicher Widerstandsdekaden, wobei die Genauigkeit von einzelnen Normalwiderständen erhalten bleibt.

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Die Erfindung, ihr besonderer Gegenstand, ihre Vorteile sowie Einzelheiten und Anwendungamöglichkeitea aollen durch die nachfolgende genauere Beschreibung anhand der Zeichnungen erläutert und leichter verständlich gemacht werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Frontplatte eines Standardeinstellwiderstandes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 Schal Verbindungen der Widerstände und

Schalter, v/ie sie auf der Rückseite der in Fig. 1 gezeigten KröntpLutte angeordnet sind,

Fig. 3

u, Fig. 4 ausschnittaweise Ansichten, we Lohe von entgegengesetzten Seiten den mit Dreharm versehenen Wldorutandsschal tor nach Figuren 1 und 2 zeigen, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Abweichung von verschiedenen Widers tandswerten, wie sie bei verschiedenen Frequenzen erreicht werden.

Unter Bezug auf die Zeichnungen und speziell auf die Fig, I ist ein Standardeinstellwiderstand IO gezeigt, welcher ein kräftiges Isoliergehäuse 11 aufweist, Eine Frontplatte 12 dea Gerätes enthält fünf Drehschalter 13» 14,15, 16 und 17 mit je zehn Einstellagen. Diese vorteilhaft durch Verdrehen ihres Scheibenrades einstellbaren Drehochalter 11 ofurn direkte

~ f>

numerische Anzeigen H dos Cleuaratwiders taridswertes im Bereich von 1 bis -ß 999 Uhm, ^usätulloh besitzt die iti Fig. 1 dargestellte Ausführungt'onn au dar Frontplatte 12 einen Scheibeniionius 20, welcher in 0,01 Ohm-Abschnitte unterteilt ist. Es können daher durch Kombination der Drehschalter 13 bis "17 und des Schei.beri~.iorii.ua 2-j -ν_Λ utoridardehistellv/LaersU-.ud IU (wie nachfolgend beschrieben) Inderstandsv/erte in ■ J ,01 .")hm-Abschnitten bis :ui 1 Uv) 000 Uhm ei·.:,'es tell t iml abgelesen v/erden. An der Frontplatte \2 befinden j ich ferner Ansciilu^kle-firnen 22 und 23. Eine dritte Ansühiuiiiklenime 24 kann, falls erforderlich, für die Krdun^" vorgesehen aeiu,

In Fig. 2 ist die /eruifiduri^KJohaLtung der Wiüerstän~de und Schalter auL" der Kückael te der Frotitplatte 12 i^eaeigt, Die SchaLtung entrrält eine Verbindung 26 zwischen der Anschlußklemme 22 und dom Schalter. 13, Verbindungen 27,28,29 und 30 zwischen den ,Schaltern 13, 14, V'j, 16 und 17, ferner eine Verbindung 32 zwischen lern Schalter 17 und einem Schiebewiderstand 54, sowie eine '/eibindung 33 sv/ischen der» Sohiebev/ider-3 tand 34 und der Anschlußklemnie 23« her Sohiebev/iderntand 34 enthält zwei Drähte 3o uiii 57, die an einom Ende '/erblinden sind und auf einer h'l\-^':i.-.Miheioa 33 liegen, Die Bewegung des Scheiben-Nonius 20 droht ion Scheibenträgar 3& und verringert oder vergrößert dabei :ii !Aage der Drahte 36 und 37 gegenüber den Aripreiikünt-aktüti 40 und 41. Dadurch ist drjr Schiebewiderstand 34 aLs ürahts^.hi.oberheostat auagdbiluet, bei dem der eingestellte Widerstands wort durah die Geaamtüuigs; der Drähte und 37 -iiwisciieri den Anpr-:.:Jkcmtakten 40 und 41 bestiiamt wird» Die Anpreßkontakt« 40 und 41 sind übor Leiter 43 und 44 an die Verbindungen 33 und 32 arh'ar-i'-hlujSiin,

η (J 0 ii ti 4 /!On;) _BA0

I)ie durch Drehteile betätigbaren Schalter 13,14, 1';·, Io unci 17 sind in zwei Richtungen verstellbar. Der in FU-:* 5 dargeste--11-te Schalter 13 soll als typisches Bei spie] dioser Drehschalter besprochen werden.

Relativ breite Kontaktbahnen 46-4b, montiert auf einem drehbaren Isolator 47, befinden sich auf einer Seile des Schalters 13, wodurch ein gleichmäßiger und geringer Schaltwiderstand erreicht wird. Die Kontaktbahnen 46-46 sind vorzugsweise; mit Gold plattiert, um den Kontaktwiderstand möglichst gering zu halten. Bei betätigung des Schalters 13 drehen sich die Kontaktbahnen 46-40 und bringen dadurch verschiedene Kontaktarme 48-48, welche au dem feststehenden weiteren Isolator 50 befestigt sind, in Verbindung mit den Kontaktbahnen 46~4b. Kriechströme und Elektrizitätsverlust werden im wesentlichen durch den Gebrauch und die Beschaffenheit der Isolatoren 47 und 50 ausgeschaltet.

VJie in Fig. 4 geneigt, sind die in Fig. 3 erkennbaren Kontaktarme 48-48 mit iii chi induktiven Präzisionswiderständen [j? -^[)2 verbunden. Beispiele für solche bevorzugt anwendbare, nichtinduktive Präsi si onswi (!erstände sind in der US-Patentanmeldung von Felix Z.audman und Branin A. Boyd, Serial-Nr« 453 098, eingereicht am 4. Mai 1965 (deutsche Patentanmeldung iir. P 15 90 870.Ü, eingereicht am 10. Januar 1366, Anmelder: VISHA/ IliSTliUHEirrS, Γ:,^:Ο, sowie in der US-Patentanmelduu'- von John P. Smith jr., Serial-Hr. 741 409, eingereicht am 1. Juli 1963, beschrieben. Bevorzug! werden Widerstände, welche ein Widerstandselement in einem dampiundurchlässigen Gehäuse aufweisen. Das Widerstandselement besitzt einen Widerstand:;-metallfilm, dessen elastische Eigenschaften in Spannung und Druck dem Hooke'sehen Gesetz gehorchen. Dieser metallische

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BAD ORIGINAL

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Widerstandsfilm ist thermisch auf einem festen, dielektrischen Träger aufgebracht. Die Präzisionswiderstände 52-52 sind derart mit den Kontaktarmen 48-48 verbunden, daß vier Widerstände alle zehn Einstellungen, die für jeden Drehschalter gewünscht sind, ermöglichen. Beispielsweise besitzen die vier Widerstände jeweils 1 Ohm (R₁), 2 Ohm (R₂), 3 Ohm (R,) und 3 Ohm (R₅). Dadurch können durch Kombination folgende Einstellungen von 0 bis 9 Ohm des Widerstandswertes für den Schalter 13 erzielt werden:

Gewünschter	Widerstands
Widerstand	kombinationen
O	0
1	h
2	R₂
3	R₁ η
4	H₁H
5	R₂ π
6	R₁H
7	V
8	R₂ η
9


ι- R₂

ι- R₃
h R₂ + R₃
. B_{3 +} B₃
h R_{2 +} R-,
R₁₊R_{2 +} R_{3 +} R₃

Für einige Änwendungszwecke kann der Standardeinstellwiderstand 10 etwas abgeändert werden, indem die Verbindungen 32 und 33 direkt miteinander verbunden sind, wodurch der Schiebewiderstand 34 ausgeschaltet wird. Diese Änderung erreicht eine Ausführungsform des Gerätes für ausschließlich digitale Anzeige des Gesamtwiderstandes bei Widerstandseinstellungen mit jeweils 1 Ohm Variation von O bis 99 999 Ohm.

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Fig. 5 zeigt die Abweichung (Λ R/R in Prozent) von verschiedenen Widerstandswerten (eingestellt an einem Standardeinstellwiderstand, welcher für ausschließlich digitale Anzeige abgeändert ist) bei verschiedenen Frequenzen. Wie in Fig. 5 erkennbar, weicht bei 500 kHz eine 90 kOhm-Einsteilung nur um etwa 5 # vom eingestellten Wert ab· Bei den üblichen Widerstandsdekaden ergibt sich eine Abweichung von 5 5* bereits bei ca. 50 kHz für die gleiche Widerstandseinstellung· Auf diese Weise dehnt ein Gerät gemäß der Erfindung den Bereich der anwendbaren Frequenz um mehr als das Zehnfache aus.

Außerdem erreicht ein Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung eine Ausschaltung bzw. Verminderung bis zu nicht mehr feststellbaren Werten der folgenden Problemgrößen, welche für Widerstandsdekaden als typisch aufgefunden wurden:

a) Widerstandsänderung - Die Abweichungsstabilität des Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei nur 5 ppm/yr gehalten werden.

b) Widerstandseinsteilung - Mit dem Gerät gemäß der Erfindung, welches einen Drahtschieberheostaten einschließt, kann eine unbegrenzte Zahl von Widerstandseinstellungen erreicht werden· Üblicherweise haben Widerstandsdekaden nur Widerstandsschritte, und mit diesen schrittweise einstellbaren Geräten ist eine kontinuierliche Einstellung unmöglich.

c) Genauigkeit - Die Genauigkeit des Gerätes gemäß der Erfindung konnte bei Messung zwischen den Eingangs-Anschlußklemmen innerhalb - 0.005 £ festgestellt werden»

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- ίο -

Üblicherweise wird die Genauigkeit von Widerstandsdekaden als die Genauigkeit des Einzelwiderstandes an dessen Anschlußklemmen und nicht an den Eingangsklemmen angegeben·

d) Temperaturkoeffizient (TC)-Veränderung - Die TC-Veränderung bei Geräten gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt 2 ppm/°C im Bereich von 0° C bis + 60° G für alle Widerstandswerte oberhalb 100 0hm. Bei konventionellen Widerstandsdekaden besitzt dagegen jeder Widerstand eine unterschiedliche Temperaturcharakteristik.

e) Umschaltung - Bei dem Gerät gemäß der Erfindung benutzt jeder Schalter nur vier Widerstände zur Erzeugung von zehn verschiedenen Widerstandswerten.

f) Nebenschlußkapazität - Dieser Wert ist bei den bekannten Widerstandsdekaden ungleich. Nach der vorliegenden Erfindung ergibt sich jedoch eine im wesentlichen konstante Nebenschlußkapazität von 5 pf für alle Einstellungen.

g) Größe - Die Größe des Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung ist um etwa 2/3 geringer als bei konventionellen Widerstandsdekadsn.

Als Ergebnis der ungewöhnlich flachen Freqiiensänderungskurve und anderer oben angeführter Kennwerte kann der Standardeinstellwiderstand für viele Zwecke eingesetzt werden, für die vorher ein solches Gerät als unanwendbar erscheinen mußte.

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Ein Standardeinstellwiderstand gemäß der Erfindung kann beispielsweise für folgende Anwendungen zweckmäßig benutzt werden: sekundäre Normalien; abgleichbarer, direkt einstellbarer Widerstandsersatz; Brückenbestückung, Spannungsteiler bei
Dämpfungsgliedem und Multiplikatoren; einstellbare" Rückkopplungswiderstände zum Gebrauch mit Verstärkern; und bei Maschenoder Netzwerk-Elementen.

Es ist leicht einzusehen, daß verschiedene Abänderungen des erläuterten Grundprinzips nach den gestellten Anforderungen und den konstruktiven Möglichkeiten durchgeführt werden können,
ohne daß dabei von den grundsätzlichen Erfindungsmerkmalen abgewichen wird.

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Claims

Ansprüche

1. Standardeinstellwiderstand zur Einstellung kombinierter Widerstandswerte, die durch eingebaute Präzisionswiderstände erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Schalter (13,14,15,16,17) vorgesehen sind, welche unmittelbar digital den eingestellten Widerstandswert von untereinander verbundenen, nichtinduktiven Präzisionswiderständen (52) anzeigen, daß jeder dieser Präzisionswiderstände (52) ein Widerstandselement in einem dampfdichten Gehäuse enthält und aus einem metallischen Widerstandsfilm besteht, der thermisch auf einem festen, dielektrischen Träger aufgebracht ist, und daß dieser metallische Widerstandsfilm elastische Eigenschaften aufweist, welche in Spannung und Druck dem Hooke¹-schen Gesetz gehorchen.

2. Standardeinstellwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schalter (13,14, 15,16,17) mit vier Präzisionswiderständen (52) verbunden ist, welche zehn Widerstandseinstellungen durch entsprechende Kombinationen dieser¹ vier Widerstände ermöglichen.

3. Standardeinstellwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter in zwei Drehrichtungen betätigbare Drehschalter sind.

4. Standardeinstellwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Schaltern ein Drahtschieberheostat (34) vorgesehen ist, welcher

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eine unbegrenzte Zahl von Widerstandseins bellungen des vorgesehenen Widerstandsbereiohes ermöglicht, und daß ein Drehscheiben-Nonius (20) mit diesem Drahtschieberheostaten (34) zur Einstellung der Widerstandswerte in Verbindung . steht.

5. Standardeinstellwiderstand nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtanordnung der nichtinduktiven Präzisionswiderstände (52) in Verbindung mit den Schaltern (13,14,15, 16,17) zur digitalen Anzeige der Widerstandswerte derart gewählt ist, daß für alle Widerstandswerte ein Temperatur-Koeffizient des Widerstandes von etwa 2 ppm/ G zwischen 0° C und + 60° C erreicht ist.

6. Standardeinstellwiderstand nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschlußkapazität des Gerätes etwa 5 pf beträgt.

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