DE3405442C1 - Meßwiderstand - Google Patents

Description

• Der Vorteil dieser Lösung liegt im wesentlichen in der flachen und an die Erfordernisse gedruckter Schaltungen angepaßten Bauweise, wobei auch die äußeren Abmessungen, insbesondere die Bauhöhe, relativ klein gehalten werden können. In elektrischer Hinsicht ergibt sich als Hauptvorteil, daß eventuell vorhandene Restinduktivitäten durch kapazitive Effekte zwischen den plattenförmigen Zuleitungselektroden und den plattenförmigen Widerstandsstreifen kompensiert werden, so daß der Meßwiderstand praktisch blindwiderstandsfrei isl. Auch der Aufbau des Meßwiderstandes selbst ist an die Besonderheiten für die Herstellung bzw. für die Bearbeitung gedruckter Schaltungen angepaßt.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 schematische Aufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel mit daran angeschlossener Meßschaltung, F i g. 2 einen Schnitt gemäß ll-llin Fig. 1, F i g. 3 ein Ersatzschaltbild des Meßwiderstands und F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Meßwiderstandes.
• Der Meßwiderstand besteht gemäß den F i g. 1 und 2 aus einer Isolierplatte 1, zwei darüber angeordneten plattenförmigen Zuleitungselektroden 2 und 3, sowie aus bandförmigen Widerstandsstreifen 4 und 5, welche auf der Unterseite der Isolierplatte 1 verlaufen. Die Zuleitungselektroden 2 bzw. 3 sind mit Stromanschlüssen 6, 7 versehen, an welche der zu messende Stromkreis angeschlossen wird. Zwischen den beiden Zuleitungselektroden 2 und 3 verläuft ein im Beispiel schmaler Spalt d.
• Die Widerstandsstreifen 4 und 5 sind unter der Isolierplatte 1 quer zum Spalt d verlaufend angeordnet, im Beispiel unter einem Winkel von 90°. Der erste Widerstandsstreifen 4 ist über eine erste Kontaktierung 8 durch die Isolierplatte 1 hindurch elektrisch mit der ersten Zuleitungselektrode 2 verbunden. Die andere Seite des Widerstandsstreifens 4 steht über eine zweite Kontaktierung 9 mit der zweiten Zuleitungselektrode 3 in elektrischer Verbindung. Auf gleiche Weise ist der zweite Widerstandsstreifen 5 über eine dritte Kontaktierung 10 mit der ersten Zuleitungselektrode 2 und über eine vierte Kontaktierung 11 mit der zweiten Zuleitungselektrode 3 verbunden. Die Widerstandsstreifen 4 und 5 liegen somit elektrisch parallel zueinander zwischen den Stromanschlüssen 6 und 7.
• Die Zuleitungselektroden 2 und 3 bestehen aus elektrisch und thermisch gut leitendem Material, z. B. aus Kupfer. Die Widerstandsstreifen 4 und 5 bestehen beispielsweise aus Konstantan-Blech. Zur Ableitung der in den Widerstandsstreifen 4, 5 entstehenden Verlustwärme liegt über eine elektrisch isolierende und thermisch leitende Wärmepaste 15 o. dgl. ein Kühlkörper 12 an den Widerstandsstreifen 4 und 5 an. Der Kühlkörper 12 kann luft- oder wassergekühlt sein. Er sorgt gemeinsam mit den gut leitenden Zuleitungselektroden 2 und 3 für genügende Wärmeabfuhr und für eine gleichmäßige Temperaturverteilung über das gesamte Bauelement.
• Zum Anschluß einer Auswerteschaltung sind im Beispiel an den Zuleitungselektroden 2 und 3 Anschlüsse 13 bzw. 14 vorgesehen, welche vorzugsweise über auf dem gleichen Print befindliche Zuleitungen mit der Auswerteschaltung in Verbindung stehen.
• Die Auswerteschaltung besteht im Beispiel gemäß Fig. 1 aus einem Differenzverstärker 20, dessen Eingänge über Vorwiderstände R 1 und R 1' mit den Anschlüssen 13, 14 in Verbindung stehen. Der Differenzverstärker 20 entspricht üblicher Schaltungstechnik. An seinem Ausgang entsteht ein Signal, welches der Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen 13 und 14 entspricht, sofern die Bedingung R2 : R1 = R2, :R1' erfüllt ist.
• Bei einem Test eines bevorzugten Ausführungsbeispiels bestanden die Widerstandsstreifen 4 und 5 aus 0,15 mm starkem Konstantan-Blech von einer Breite a = 2 mm. lhre Länge b zwischeii den Kontaktierungen 8 und 9 bzw. 10 und 11 betrug je 25 mm. Die Isolierplatte 1 bestand aus einem 2 mm dicken Glasfasermaterial.
• Ihre Dielektrizitätskonstante betrug Er 12. Die Zuleitungselektroden 2 und 3 waren so bemessen, daß sie die Widerstandsstreifen 4 und 5 mit Ausnahme des Spaltes dvon ca. 4 mm Breite vollständig überdeckten.
• Unter der allgemeinen Voraussetzung, daß die Längenabmessungen des Meßwiderstandes klein sind gegenüber der Wellenlänge der verwendeten Meßfrequenz, läßt sich das Ersatzschaltbild des Meßwiderstandes durch die in F i g. 3 dargestellte Schaltung wiedergeben. Der Gesamtwiderstand setzt sich aus dem rein ohmschen Anteil R, einem induktiven Anteil L und einem kapazitiven Anteil Czusammen.
• In vorstehendem Beispiel stellten die Widerstandsstreifen 4 und 5 aus Konstantan-Blech einen ohmschen Widerstand dar von R=40m#. Aus der gewählten Geometrie ergab sich eine Induktivität von L = 10 nH.
• Schließlich betrugen die verteilten Kapazitäten zwischen den Widerstandsstreifen 4 und 5 einerseits und den Zuleitungselektroden 2 und 3 andererseits im Beispiel C= 6,50 pF. Mit diesen Werten ergab sich eine Grenzfrequenz fo für die gewählte Anordnung von In Abwandlung vom zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei welchem die Widerstandsstreifen 4, 5 parallel geschaltet waren, können auch mehrere Widerstandsstreifen in Reihe geschaltet sein, beispielsweise in Mäanderform gemäß F i g. 4. Sofern auch in diesem Fall die Widerstandsstreifen durch plattenförmige Zuleitungselektroden so abgedeckt sind, daß sich eine meßbare verteilte Kapazität zwischen den Widerstandsstreifen und den Zuleitungselektroden ergibt, läßt sich auch in diesem Fall die Restinduktivität des Meßwiderstandes durch die verteilte Kapazität innerhalb der Anordnung nach den angegebenen Dimensionierungsregeln kompensieren.
• - Leerseite -

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. a) Meßwiderstand mit verteilten Kapazitäten zwischen den Flächen wenigstens eines äußeren elektrischen Leiters und wenigstens eines Widerstandsleiters zur Kompensation von Restinduktivitäten, bei welchem b) der Widerstandsleiter bandförmig ausgebildet ist und c) der elektrische Leiter in vorgegebenem Abstand vom Widerstandsleiter angeordnet ist, wobei der Zwischenraum als Isolator wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß d) ein zweiter äußerer elektrischer Leiter ebenfalls in vorgegebenem Abstand vom Widerstandsleiter vorgesehen ist, e) der Widerstandsleiter als ein zwei Enden aufweisender Widerstandsstreifen (4, 5) ausgebildet ist, f) an seinen Enden mit je einem äußeren elektrischen Leiter in leitender Verbindung steht und g) beide äußeren elektrischen Leiter als plattenförmige Zuleitungselektroden (2,3) ausgebildet und derart angeordnet sind, daß sie die Fläche des Widerstandsstreifens (4, 5) von dessen Enden ausgehend wenigstens teilweise überdecken.
2. 2. Meßwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere parallel geschaltete Widerstandsstreifen (4, 5) vorgesehen und die Zuleitungselektroden (2, 3) durch einen senkrecht zur Richtung der Widerstandsstreifen (4, 5) verlaufenden Spalt (d) voneinander getrennt sind.
3. 3. Meßwiderstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsstreifen (4,5) mäanderförmig ausgebildet ist.
4. 4. Meßwiderstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungselektroden (2, 3) aus elektrisch besser leitendem Material bestehen als die Widerstandsstreifen (4,5).
5. 5. Meßwiderstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Widerstandsstreifen (4, 5) und den Zuleitungselektroden (2, 3) durch die Dicke einer dazwischen liegenden Isolierschicht (1) definiert und die leitende Verbindung zwischen dem Widerstandsstreifen (4, 5) und den Zuleitungselektroden (2,3) durch die Isolierschicht durchkontaktiert ist.
6. 6. Meßwiderstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Isolierschicht (1) abgewandte Seite des Widerstandsstreifens (4, 5) mit einem Kühlkörper (12) in thermischer Verbindung steht.

   Die Erfindung betrifft einen Meßwiderstand der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

   Es ist bekannt, zur Leistungsmessung an einer elektrischen Einrichtung den Spannungsabfall U über einen Meßwiderstand oder Shunt R zu erfassen und die Leistung Naus dem Meßergebnis gemäß der Formel N = U2 R abzuleiten. Sollen derartige Meßwiderstände an Schaltungsteilen zur Verarbeitung von Wechselstromsignalen eingesetzt werden, müssen sie möglichst induktivitäts- und kapazitätsfrei sein, damit der Wert für den Widerstand R nicht durch Blindwiderstandsanteile verfälscht wird, die sich aus der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung ergeben. Bei hohen Frequenzen muß besonders Rücksicht genommen werden auf verteilte Induktivitäten und Kapazitäten im Meßwiderstand.

   Zur Verwendung bei hohen Frequenzen bis in den MHz-Bereich ist ein koaxial aufgebauter Meßwiderstand handelsüblich, bei welchem ein aus einem elektrischen Widerstandsmaterial bestehender Innenleiter und ein koaxial zu diesem angeordneter rohrförmiger Außenleiter in Gegenrichtung vom Ausgangssignal des zu messenden Schaltungsteils durchflossen werden.

   Obwohl der bekannte Meßwiderstand grundsätzlich die elektrischen Anforderungen, insbesondere hinsichtlich geringem Blindwiderstandsanteil erfüllt, stellt er wegen seines koaxialen Bauprinzips ein unveränderbares diskretes Bauelement dar, das sich nicht zur Integration in zeitgemäße Schaltungsplatinen eignet. Versuche zur Anpassung des Bauelementes an die Anforderungen bezüglich Integrationsfähigkeit scheitern an den strengen theoretischen Forderungen, welche an die Geometrie des Bauelementes gestellt werden, sofern es sich zur Verarbeitung von Frequenzen oder Frequenzanteilen im MHz-Bereich eignen soll.

   Der gattungsgemäße Meßwiderstand ist aus der US-PS 32 67 406 bekannt. Der äußere elektrische Leiter ist hierbei nicht eine Zuleitungselektrode sondern ebenfalls ein bandförmig ausgestalteter Widerstand. Demgemäß haben die beiden bandförmig ausgestalteten Widerstände beim bekannten Meßwiderstand einen vorgegebenen definierten Abstand voneinander, der durch die Dikke eines zwischen ihnen angeordneten Isolierstreifens gegeben ist. Die beiden Widerstände sind als endlose Ringe ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet.

   Sie haben die Besonderheit, daß jeder Widerstand als Moebiussche Fläche ausgebildet ist. Jeder ringförmige Widerstand ist mit je einer Zuleitungselektrode kontaktiert. Der bekannte gattungsgemäße Meßwiderstand hat im wesentlichen die gleichen Nachteile, wie der zuvor beschriebene koaxial aufgebaute handelsübliche Meßwiderstand.

   Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Meßwiderstand zu schaffen, welcher sich von der Bauform und den Abmessungen her zu problemlosen Integration in gedruckte Schaltungen eignet und welcher mit seinen elektrischen Eigenschaften den Anforderungen an einen Meßwiderstand zur Verarbeitung von Impulssignalen mit Frequenzen im MHz-Bereich voll genügt. Insbesondere soll sich der Meßwiderstand zur Messung der Pulsleistung an Impulsgeneratoren eignen.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Patentanspruch I definierten Meßwiderstand gelöst.