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Dekadenwid'erstand Inder Meßtechnik, insbesondere für Fernmeldezwecke,
liegt das Bedürfnis nach veränderbaren Widerständen geringer Zeitkonstante vor.
Insbesondere ist es erwünscht, veränderbare Widerstände mit einer vom eingestellten
Widerstandsbetrag unabhängiger Zeitkonstante- zu erhalten. - Es kommen dabei Widerstände
in Frage, die über mehrere Zehnerpontenzen- veränderbar sind und vorzugsweise als
-Dekadenwiderstände, z. B: -Kurbelwiderstände, ausgebildet sind. Es bereitet, besonders
wenn die Zeitkonstanten von kleiner als io-$ bleiben sollen, erhebliche Schwierigkeiten,
die Zeitkonstante unabhängig vom eingestellten Widerstandsbetrag klein zu halten.
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Gemäß der Erfindung werden Widerstände in Dekadenanordnung zur Lösung
dieser Aufgabe benutzt, bei denen die verkettenden Kapazitäten zwischen den einzelnen
Dekaden so klein gehalten werden,- daß die reine Addition der Zeitkonstanten der
Dekaden nach der Formel RT = Rr -j- R2-c2 -f- Rn,cn erfüllt ist, wobei R,,
... R" die Widerstände der Dekaden, R den Gesamtwiderstand und die Größen
-cl, r1. . . z" die Zeitkonstanten der Gesamtkombination und der Dekaden
bedeuten. Um die genannte Verkettung zu vermeiden, können vorzugsweise die Dekaden
in Schirme eingeschlossen sein,- die sich gegenseitig übergreifen, wobei es besonders
vorteilhaft ist, die hochohmigste Dekade innerhalb des innersten Schirmes anzuordnen.
Ein weiteres Mittel, die Verkettung zu verhindern oder genügend herabzusetzen, besteht
darin, die Dekaden räumlich voneinander zu trennen und insbesondere Widerstände
geringer räumlicher Ausdehnung zu verwenden. Bei Benutzung zylindrisch ausgestalteter
Widerstände, vorzugsweise gewickelter Widerstände, kann man durch Herabsetzung des
Zylinderdurchmessers und der Länge bereits- die Wirkung der verkettenden Kapazitäten
zwischen den Dekaden weitgehend herabsetzen. Durch Bemessung der Widerstände auf
geringe Belastbarkeit ist es möglich, die Dimensionen der Widerstände weitgehend
herabzusetzen. Dies ist auch für die Zeitkonstante von großer Bedeutung, da dann
die Kapazitäts- und Induktivitätswerte der Widerstände klein werden. -In Fig. r
ist die Entkettung von Dekadenwiderständen R1, R2, R3 durch Schirme S1, S2, S3 schaubildlich
dargestellt. Der SchirmSl umgibtvollständig dieDekadenwiderständeRi, der Schirm
S2 -umgibt vollständig die Dekadenwiderstände R2 und den Schirm Si. In ähnlicher
Weise ist auch der Schirm S3 um die Dekade R3 und den Schirm S2 angebracht. Die
Schirme, die voneinander isoliert sind; bewirken, daß nunmehr Kapazitäten parallel
zu den einzelnen Dekaden wirksam sind, nicht
aber Kapazitäten, die
die einzelnen Dekaden Untereinander kapazitiv verketten. Die parallel zu den Dekaden
wirksamen Kapazitäten können bei der Ausgestaltung der Dekaden selbst in Rechnung
gezogen und bezüglich der Zeitkonstante kompensiert werden. Durch die Schirmung
bzw. örtliche Trennung kann also erreicht werden, daß die Zeitkonstante der Gesamtkombination
unabhängig von der Einstellung der Widerstände klein gehalten wird.
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Um innerhalb jeder Dekade die Zeitkonstante unabhängig von der Einstellung
in jeder Dekade klein zu halten und von bestimmtem Betrag, wird gemäß weiterer Erfindung
jede Dekade aus Einzelwiderständen aufgebaut, wie in Fig. 2 veranschaulicht. Bei
dieser Anordnung kann im Gegensatz zu den Serienschaltungen vonWiderständen die
Zeitkonstante jedes einzelnen Widerstandwertes auf einen kleinen Betrag gebracht
werden, der unabhängig von der Einstellung der Dekade ist. Dies ist darauf zurückzuführen,
daß die in Fig.2 angedeuteten Kapazitäten der Zuleitung einschließlich der des Schalthebels,
der Klemmklötze u. dgl. unabhängig von der Schaltstellung in die Größe der Zeitkonstante
für die einzelnen Widerstände eingehen. Die Kapazitäten sind daher vorausbestimmbar
und können in den Einzelwiderständen ausgeglichen werden in gleicher Weise wie die
parallel zu den Einzelwiderständen wirksamen Kapazitäten, was durch Erhöhung der
Induktivität der Widerstände, sei es durch Wicklung oder .durch Zusatzschaltungen,
geschehen kann.
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Für die Einzelwiderstände hat sich besonders- die Verwendung der an
sich bekannten Kordelwiderstände als zweckmäßig erwiesen, die den Vorzug besitzen,
gerade bei Bemessung auf kleine Belastbarkeit kleine Zeitkonstanten zu haben. Dies
ist darauf zurückzuführen, daß bei dem großen Verhältnis von Länge zu Durchmesser
nur die unmittelbar miteinander benachbarten Wicklungen gekoppelt sind, so daß die
Induktivität nur linear mit der Windungszahl steigt. Dadurch ist auch ein weiterer
Vorzug gegeben, der darin besteht, daß die Zeitkonstante von der Länge unabhängig
ist. Auch die Berechnung der Zeitkonstante und die Vorherbestimmung ist in einfacher
Weise möglich. Ein weiterer Vorzug ist, daß die Zeitkonstante induktiv ist, und
zwar gerade für hochohmige Werte, die sonst wegen der großen Wickelkapazität nicht
zu erreichen sind. Die Zeitkonstante kann bei diesen Widerständen durch die Steigung
des Drahtes um die Achse geregelt werden. Für niederohmige Widerstände wird vorzugsweise
die geringe Zeitkonstante durch geringe Steigung eingestellt, während bei hochohmigen
Widerständen die geringe Zeitkonstante durch ein großes Verhältnis von Länge zu
Durchmesser hergestellt werden kann.. Es hat sich gezeigt, daß hochohmige Widerstände
von einigen Megohm erhalten werden können. Das Widerstandsmaterial wird bei diesen
Widerständen vorzugsweise auf Träger, beispielsweise aus Baumwollfasern u. dgl.,
gewickelt. Der Widerstandsdraht kann blank oder isoliert sein und besteht vorzugsweise
aus Konstantan- oder Chromnickeldraht. Die Widerstände werden vorzugsweise durch
Lackieren o. dgl. versteift, wodurch der Nachteil flexibler Kordelwiderstände, bei
Biegung ihre Größen bis io°/o zu ändern, vermieden wird und eine Konstanz von über
i pro Mille erreicht wird. Die nachträgliche Versteifung durch Lackieren u. dgl.
erhöht ferner die Biegefestigkeit und verhindert ein Verrutschen der Wicklungen
sowie ein Kurzschließen der Wicklungen. Auch für das Aufbringen der Schellen an
den Enden der Kordelwiderstände ist ein vorhergegangenes schwaches Tränken in Lack
wertvoll, da dann die Windungen nicht zerquetscht werden oder in das Kordelseil
hineingedrückt werden und daher einen guten Kontakt ergeben. Zur Erzielung noch
größerer Konstanz ist es vorteilhaft, die Kordelwiderstände in Schutzhüllen unterzubringen
und vorzugsweise auszugießen. Es können auch mehrere solcher Widerstände, .die parallel
geschaltet sind, in gemeinsamer Hülle untergebracht werden. Ein besonderer Vorzug
der Kordelwiderstände ist, daß eine große Gleichmäßigkeit in der Fabrikation gewährleistet
werden kann, so .daß zwei Dekadenwiderstände mit gleicher Bauvorschrift unter genauer
Einhaltung der Wertei hergestellt werden können, was für viele Brückenmessungen,
wo zwei identische Widerstände Verwendung finden sollen, von großem Wert ist.
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Um auch die Absolutwerte in der Fabrikation mit etwa derselben Unsicherheit
von z pro Mille zu halten, können die Kordelwiderstände durch Parallelschalten -eines
hochohmigen Widerstandes richtiggestellt werden. Verwendet man als hochohmigen Widerstand
einen drahtlosen Widerstand, so erreicht man den Vorteil, daß dieser Widerstand,
von Natur aus finit kapazitiver Zeitkonstante behaftet, die Wirkung des induktiven
Kordelwiderstandes verringert.
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Hochohmige Kordelwiderstände werden vorzugsweise aus Chromnickeldraht
hergestellt, der gegenüber Konstantandraht nicht nur den höheren elektrischen Widerstand,
sondern auch die größere Härte als Vorzug hat, so daß äußerst dünne Drähte, z. B.
von 0,02 mm, verwendet werden können. Der positive Temperaturkoeffizient solcher
Kordelwiderstände kann dadurch kompensiert
werden, daß ein Ohmscher
Widerstand aus Kohle parallel geschaltet wird, der einen negativen Temperaturkoeffizienten
besitzt. Wegen der etwa gleichen absoluten Größe des Temperaturkoeffizienten der
beiden Widerstände kann bei einem Verhältnis der beiden Widerstände i : i der Temperaturkoeffizient
Null gemacht werden.
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Für die niederohmigen Stufen des Dekadenwiderstandes, für die die
Indultivität in den Vordergrund rückt und die schwer phasenrein zu bekommen sind,
wird vorteilhaft ein Drehwiderstand verwendet mit einem biiilarbewickelten Widerstandsdraht.
Durch die bifilare Ausführung wird die Sektorschleife, die eine zusätzliche Induktivität
und Erhöhung der Zeitkonstante bei anderen Drehwiderständen bewirkt, vermieden,
da der Schalthebel nicht mehr stromführend ist, sondern nur zum Kurzschluß der benachbarten
Drähte der Bifilarwicklungen dient. Dadurch ist auch zulässig, die Spirale auf einen
großen Umfang anzuordnen und eine feinere Einstellung zu bewirken. Dadurch kann
man ferner auch eine größere Wickellänge und entsprechend geringeren Durchmesser
der Spirale erhalten.
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Vorzugsweise kann an Stelle eines direkt den- Kontakt zwischen den
Bifilarwicklungen bildenden Schleifhebels ein Blechstreifen (Taumelscheibe) auf
die Bifilarwicklung gedrückt werden. Eine solche Taumelscheibe ist besonders bei
Verwendung der bifilaren Wicklung vorteilhaft, da durch Spanbildung die bifilare
Wicklung als Ganze kurzgeschlossen werden kann, während bei einfachen Wicklungen
lediglich eine Windung kurzgeschlossen würde. Taumelscheiben vermeiden aber gerade
die bei Schleifkontakten auftretende Spanbildung.
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Um den bekannten Nachteil der Taumelscheibe, durch etwa sich allmählich
bildende Staubschichten nicht durchzugreifen, zu vermeiden, ist es vorteilhaft,
den ganzen Drehwiderstand zu kapseln und so gegen Staub zu schützen.
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In Fig: 3 ist schaubildlich ein Kurbelwiderstand nach der Erfindung
dargestellt mit einer Dekade zu je iooo, einer zu je ioo und einer zu je io Ohm
und einem Schleifwiderstand aus Bifilardraht für die Stufen von o bis io Ohm (beispielsweise
ablesbar auch in Werten vor, o,i Ohm). Die bifilare Spirale des niederohmigen Drehwiderstandes
ist der Einfachheit halber in der Zeichnung nur mit einem Rückführungsdraht gezeichnet,
während vorzugsweise die Spirale richtig bifilar ausgeführt wird, um die Zeitkonstante
der Widerstandsspirale herabzusetzen. Vorteilhaft wird, wie in Fig. 3 gezeigt, die
Messung mit hohen Ohmschen Widerständen zwischen den Klemmen i und 3 vorgenommen,
da in dieser Kombination die Zuleitungen geringe Kapazität besitzen. Für die Einstellung
kleinerer Widerstände werden vorzugsweise die Klemmen i und 2 benutzt, deren Zuleitungen
bifilar ausgeführt -sind und dadurch eine für die niedrigeren Ohmschen Widerstände
wichtige geringe Induktivität der Zuleitungen bewirken. In den Dekaden von ioo und
io Ohm sind ferner noch Kontakte vorgesehen, um die Schleifenfläche der Verdrahtung
zu verringern: Bei Messungen oder Einstellungen unter ioo Ohm wird daher der Schalthebel
der ioo-Ohm-Dekade auf die Stellung kleiner als ioo Ohm gebracht. In ähnlicher Weise
auch bei der Dekade der io-Ohm-Widerstände, im Falle der Einstellung eines Widerstandes
unter io Ohm.
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Der Dekadenwiderstand nach; der Erfindung kann in Widerstandseinheiten
von der. Größenordnung von o,i Ohm bis in mehreren Megohm gebaut werden und ergibt
Zeitkonstanten von io-s.. . io-9 und läßt auch Betragsgenauigkeiten von i pro Mille
erreichen. Er ist anwendbar für Frequenzen von Gleichstrom bis hinauf zur Kreisfrequenz
i0' Hz. Als Anwendungsbeispiel sind Kleinphasenmessungen, für die der Widerstand
als normal dienen kann, zu nennen, die genaue Messung von Fehlwinkeln als Ersatz
für Schleifdraht, bei vielen Messungen, bei denen es auf die. genaue Bestimmung
der Phase ankommt, beispielsweise Pupinspulenmeßbrücken u. -dgl.