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Pufferwiderstand Die Erfindung bezieht sich auf normale Widerstandselemente,
die als sogenannte Pufferwiderstände bekannt sind und die dazu dienen, einen möglichst
konstanten Strom bei stark schwankender Spannung zu erzielen. Man hat beispielsweise
Eisenpuff erwiderstände in Wasserstoff bei niederen Drücken verwendet, die eine
flache Charakteristik bei dein gewünschten Strom über einen großen Spannungsbereich
zeigen. Verwendet man jedoch Eisenwiderstände bei der oberen Temperaturgrenze des
Gleichgewichtsbereiches und bei niedrigen Gasdrücken, so hat sich herausgestellt,
daß das Eisen in dem Maße verdampft, daß die Lebensdauer des Widerstandes etwas
größer ist als jene, die erzielt werden kann, wenn Eisen in Vakuum verwendet wird,
d. h. etwa i ooo Stunden bei i ioo° absoluter Temperatur.
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In manchen Fällen ist es nun zum Teil erwünscht, Pufferwiderstände
in Verbindung mit Vorrichtungen zu verwenden, bei denen der Pufferwiderstand unterirdisch
verlegt ist. Bei dieser Anordnung ist es sehr schwierig, den Widerstand auszuwechseln;
außerdem ist es wünschenswert, einen Widerstand von verhältnismäßig hoher Lebensdauer
zu verwenden.
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Die Erfindung bezweckt vor allem. einen Pufferwiderstand vorzusehen,
der bei verhältnismäßig geringem Gasdruck, z. B. bei i bis io mm quecl.:silb°rsäule,
und über einen sehr großen Spannungsbereich für lange Zeitperioden verwendet werden
kann, ohne den Widerstand zu verschlechtern.
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Erreicht wird dieses Ziel erfindungsgemäß dadurch, daß nur solche
Materialien Verwendung finden, deren verschiedene Pufferbereiche für einen vorgeschlagenen
Temperaturbereich sich einander anschließen und ergänzen.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung erläutert w erden.
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Abb. i zeigt perspektivisch eine gasgefüllte Röhre, die mit einem
Widerstands-. draht gemäß der Erfindung ausgerüstet ist, während Abb. :2 die Pufferwirkung
des Widerstandes in Wasserstoff bei ro mm Ouecksilbersäule darstellt.
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i bezeichnet das äußere Glasgefäß, das zuerst evakuiert und dann mit
einem trägen Gas, wie Wasserstoff oder Helium, bei einem Druck von etwa i bis io
mm Ouecksilbersäule gefüllt wird. Der Glasbehälter hat einen Sockel 2, der den Metallträger
3 festhält, an den der Isolierkörper 4. befestigt ist. Der Isolierkörper trägt einen
Widerstandsdraht. dessen Teil 5 aus \ ickel und dessen Teil 6 aus Eisen ist, die
beide hintereinandergeschaltet sind. Den Widerständen wird Strom über die Drähte
7, S zugeführt, wovon der eine mit der Schraubenfassung 9 und der andere
mit dem .Kontakt io verbunden ist. Durch die Hintereinanderschaltung eines Nicl.eldrahtes
mit einem Eisendraht läßt sich ein
Widerstand erzielen, der eine
Pufferung über einen sehr großen Spannungsbereich erzeugt. Ein solcher Widerstand
hat eine durch die Verdampfung des Fadens bedingte Lebensdauer, die 40- bis 5omal
größer als jene ist, die durch einen in Wasserstoff verlegten Eisenwiderstand erzeugt
wird. Die Pufferwirkung des Nickeldrahtes setzt bei einem Punkt ein, der etwa ioo°
C tiefer liegt als der Punkt, bei dem die Pufferwirkung des Eisendrahtes beginnt.
Bei dem Punkt, wo die Pufferung des Nickels aufhört, beginnt die des Eisens, und
zwar bei seinem niedrigsten Temperaturpunkt, und dauert dann fort bis zu einem Punkt,
der etwa ioo° unterhalb seiner obersten Grenze liegt. Diese Verminderung der oberen
Temperaturgrenze um ioo° vermindert die Verdampfung des Eisens derart, daß die Lebensdauer
des Widerstandes mindestens 4omal größer als jene ist, die dann erreicht wird, wenn
als Widerstand nur Eisen verwendet ist. In der »General Electric Review« Mai 1925
S. 329 bis 335 ist bereits gezeigt worden, daß die Pufferwirkung für einen
in Wasserstoff arbeitenden Eisendraht eintritt, wenn der gesamte Wärmeverlust des
Widerstandes in Watt (W) weniger rasch mit der absoluten Temperatur anwächst als
der Widerstand (R).
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Wenn W den gesamten Wärmeverlust in Watt für einen in Gas arbeitenden
Draht und R den Widerstand des Drahtes bei der Betriebstemperatur darstellen, so
gilt für irgendeinen kleinen Temperaturbereich Il' = A Tijv und R - BT'ZR
Hierin sind zaw und np, die Exponenten der Potenzen der absoluten Temperatur, denen
proportional W und R mit der wachsenden Temperatur anwachsen.
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Die beiden Gleichungen können auch wie folgt geschrieben werden:
Der Gleichgewichtszustand wird mit einem in Gas arbeitenden Draht erreicht werden,
wenn nt`7-nR l o
Wenn iaw und nR als Funktionen der Temperatur aufgetragen
werden, so wird in jenem Temperaturbereich, der den zuletzt genannten Gleichungen
genügt, die iaw-Schaulinie unter der nR-Schaulinie liegen. Es kann daher durch Vergleich
der beiden Schaulinien festgestellt werden, in welchem Temperaturbereich die Pufferwirkung
auftritt. Die unterhalb der nR-Schaulinien liegenden Teile der nw-Schaulinie für
Wasserstoff bei io mm Quecksilbersäule ergeben die Pufferwirkung für die im Widerstand
verwendeten Nickel-und Eisenteile. Dabei ist zu beachten, daß die Pufferwirkung
des Eisenteiles genau am Ende der Pufferwirkung des Nickelteiles beginnt. Die gleiche
Wirkung würde mit Gasdrücken von i,o mm Quecksilbersäule erzielt werden, obgleich
in dieseln Falle die Durchmesser des Nickel- und Eisendrahtes etwas größer sein
müssen als jene, die bei io mm Quecksilbersäule verwendet werden, um ein und denselben
Stromwert zu erzielen.
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Nickel hat als Metall für einen Pufferwiderstand verschiedene Vorteile
gegenüber Eisen, z. B. ist durch Verdampfung bedingte Lebensdauer bei Nickel an
der oberen Grenze seines Pufferbereiches etwa iol°mal günstiger als bei Eisen an
der oberen Grenze seines Pufferbereiches. Außerdem hat Nickel den Vorteil, daß es
sich nicht bei einer bestimmten kritischen Temperatur unter-, inner- oder oberhalb
seines Pufferbereiches kräuselt oder in der Längsrichtung schrumpft, wie dies bei
Eisen bei ioo° über seinem Pufferbereich der Fall ist.