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Elektrischer Apparat mit einem oder mehreren elektrischen Widerständen
aus Zirkonium oder anderen Metallen der Zirkoniumgruppe Die Erfindung beruht auf
der Beobachtung, daß der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands bei
den Metallen der Zirkoniumgruppe, der unter anderem auch Hafnium angehört, über
einen gewissen Bereich negativ ist.
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Nimmt man von diesen Metallen die Stromspannungscharakteristik auf,
so zeigt sich, daß sie einen Bereich aufweist, in dem eine Veränderung der Stromstärke
eine verhältnismäßig kleine Veränderung der Spannung zur Folge hat.
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Nach der Erfindung werden die erwähnten Metalle zur Herstellung von
elektrischen Widerständen verwendet. Diese Widerstände sind wegen ihrer besonderen
Eigenschaften für verschiedene Anwendungsmöglichkeiten geeignet und können u. a.
für die Angabe von Spannungsschwankungen und für-Spannungsregelung verwendet werden.
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Es ist gefunden worden, daß die besonderen Eigenschaften, von denen
oben die Rede ist, durch Zusatz von passend gewählten Mengen anderer Stoffe verstärkt
werden können.
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Es ist weiter festgestellt worden, daß der Bereich des negativen Temperaturkoeffizienten
mit dem Bereich einer überaus hohen spezifischen Wärme zusammenfällt. Dieser Umstand
gibt die Möglichkeit, Widerstände herzustellen, deren Temperatur gegen Schwankungen
der Stromstärke unempfindlich ist. In dieser Hinsicht nimmt Zirkonium eine besondere
Stelle ein, da es diesen hohen Wert der spezifischen Wärme gerade bei einer Temperatur
aufweist, die als Arbeitstemperatur für Oxydkathoden und ähnliche, bei verhältnismäßig
niedriger Temperatur emittierende Kathoden in thermionischen Geräten in Frage kommt.
Die große spezifische Wärme verringert dabei in hohem Maße die Temperaturschwankungen
bei unmittelbarer Speisung mit Wechselstrom.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an einigen Diagrammen und einigen
Anwendungsmöglichkeiten beispielsweise erläutert.
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Fig. z zeigt den Verlauf des spezifischen Widerstandes des Zirkoniums
in Abhängigkeit von der Temperatur.
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Fig. a ist die Stromspannungscharakteristik eines Zirkoniumdrahts.
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Fig. 3 zeigt den Zusammenhang der spezifischen Wärme mit der Temperatur.
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Fig. 4. zeigt eine Anwendungsmöglichkeit für das Anzeigen kleiner
Spannungsänderungen.
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Fig. 5 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit zum Konstanthalten einer Spannung.
Fig.6
zeigt den Verlauf der Lichtstärke einer Lampe mit Zirkoniumglühdraht in Abhängigkeit
von der Spannung.
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In Fig. i bezieht sich die Kurve I auf reines Zirkonium, während die
Kurve II einem Zirkonium entspricht, dem eine geringe Menge (einige Prozent) Aluminium
zugesetzt ist. Der Zusatz des Aluminiums läßt den spezifischen Widerstand im Temperaturbereich
in der Nähe von iioo° K bedeutend stärker abfallen. In Fig. :2 sind die Stromstärken
längs der Abzisse und die Spannungen längs der Ordinatenachse aufgetragen. Diese
Figur bezieht sich auf einen Zirkoniumdraht, der einige Prozent Aluminium enthält.
Durch Anwendung von passend gewählten Vorschalt- oder Nebenschlußwiderständen kann
die Krümmung des Teils a-b der Charakteristik beeinflußt werden.
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In Fig. 3 ist die spezifische Wärme des Zirkoniums als Funktion der
absoluten Temperatur dargestellt. Bei einer Temperatur von etwas über iioo° K (abs.
T.) steigt die spezifische Wärme bis auf den etwa 25fachen Betrag des Normalwerts
an, so daß die spezifische Wärme des Drahtes in diesem Punkt bedeutend größer ist
als der Normalwert der spezifischen Wärme, der für die verschiedenen Metalle nicht
erheblich abweicht. Drähte aus diesem Material sind deshalb für wechselstromgespeiste
Kathoden geeignet und werden zu diesem Zweck mit einer Schicht von großer Emission
überzogen. Man kann die emittierende Schicht auf dem Kern unmittelbar oder durch
Verwendung einer Zwischenlage anbringen. Hafnium kann sogar ohne Belag einer emittierenden
Schicht als Wechselstromkathode verwendet werden, da die große spezifische Wärme
des Hafniums bei einer Temperatur liegt, bei der Hafnium genügend emittiert.
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In Fig. q. ist in einer Glasglocke b ein Widerstand w aus Zirkoniumdraht
angebracht, der mit einem Strommesser A in Reihe liegt. Schwankt die Spannung an
den Klemmen ic und v, so schwankt bei richtiger Bemessung des Widerstands w die
Stromstärke in A in bedeutend größerem Maße, so daß das System der Fig. q. einen
empfindlichen Indikator für Spannungsschwankungen bildet.
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Fig. 5 zeigt, wie der Einzelwiderstand nach der Erfindung zum Abzweigen
einer konstanten Spannung von einer Stromquelle, die Spannungsschwankungen ausgesetzt
ist, verwendet wird. Darin sind zs und v die Klemmen einer Stromquelle mit nicht
vollkommen gleichbleibender Spannung und r ein Vorschaltwiderstand. Die den Klemmen
x und y entnommene Spannung ist infolge der beschriebenen Eigenschaft des Widerstands
w praktisch konstant. Man kann die Vorrichtung nach Fig. 5 zum Speisen von Glühdrähten
thermionischer Geräte aus einem Gleichstromnetz und überall in denjenigen Fällen
verwenden, in denen eine konstante Spannung erwünscht ist, aber nicht unmittelbar
zur Verfügung steht.
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In Fig.6 ist die Lichtstärke einer Zirkoniumlampe in Abhängigkeit
von der Spannung dargestellt. Die Charakteristik ist für einen aluminiumhaltigen
Zirkoniumdraht aufgenommen. Die Ordinaten stellen die Lichtstärke, die Abzissen
die Spannung dar. Die Figur zeigt, daß bei zunehmender Spannung die T,ichtstärke
bei etwa io,4 Volt einen Sprung macht und bei abnehmender Spannung bei io Volt sich
plötzlich praktisch dem Nullwert nähert. Der Wert der Spannung, bei dem diese Sprünge
auftreten, kann durch angemessene Wahl der Länge, der Dicke und der Zusammensetzung
des Drahts geregelt werden.
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Eine solche Zirkoniumlampe ist als Spannungsindikator verwendbar.