-
Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten Die Erfindung bezieht
sich auf Widerstände mit negativen Temperaturkoeffizienten, insbesondere auf die
Herstellungsweise solcher Widerstände mit stets genau reproduzierbarer gleichbleibender
Charakteristik.
-
Viele Stoffe sind bekannt, deren elektrischer Widerstand einen negativen
Temperaturkoeffizienten besitzt. Diese Eigenschaft findet sich mehr oder weniger
bei den meisten Halbleitern, insbesondere bei Mischungen und Verbindungen von Metallen
und Metalloiden, wie z. B. Schwefelsilber (Silbersulfid). Die meisten derartigen
Stoffe können in elektrischen Apparaten nicht verwendet werden, da der Temperaturkoeffizient
ihrer Widerstände nicht groß genug ist oder der spezifische Widerstand nicht den
richtigen Wert hat. Es fehlt auch vielfach die Möglichkeit, die Stoffe in die zur
Verwendung erforderliche Form zu bringen.
-
Bei .den bisher verwendeten Widerstandsstoffen mit geeigneten Werten
(z. B. bei Schwefelsilber) hat es sich gezeigt, daß der spezifische Widerstand nach
vorhergehender Erwärmung bei Rückkehr zur früheren Temperatur einen Wert annahm,
der gegen den früheren Wert des spezifischen Widerstandes einen beträchtlichen Unterschied
aufwies, so claß sich bei wechselnden Temperaturverhältnissen, wie sie im Betriebe
auftreten, hvstere:sisähnliche Erscheinungen ergeben, die zur Folge haben, daß der
Widerstand nicht reproduzierbar ist.
-
Es ist bereits bekannt, Schwefelsilber in der Form von natürlichem
Silberglanz oder in der Form chemischen Silbersulfids zu verwenden; es ist weiterhin
bekannt, Schwefelsilberwiderstände aus einer Mischung herzustellen, -die einen IJberschuß
an Schwefel aufweist. Es ist jedoch nicht gelungen, die Ursachen für das hvsteresisähnliche
Verhalten des bisher bekannten Schwefelsilbers aufzufinden und zu beseitigen. Außerdem
hat man es nicht erreichen können, daß das Widerstandsmaterial bei gleichbleibender
Temperatur auf längere Dauer den gleichen spezifischen Widerstand behielt.
-
Die Erfindung stützt sich auf die Erkenntnis, daß die Ursache für
die mangelnde Reproduzierbarkeit und die mangelnde Widerstandskonstanz in geringen
Verunreinigungen zu suchen ist, die in dem bisher verwendeten
Schwefelsilber
zwangsläufig vorhanden waren. Gemäß der Erfindung wird daher absolut reines Schwefelsilber
ohne irgendeinen Überschuß an Schwefel oder Silber verwendet. In an sich bekannter
Weise wird pttlverförniiges, chemisch reines Schwefelsilber zu einen Widerstandselement
in der Weise geformt, daß es in einem stählernen Gesenk einem hohen Druck, und zwar
erfindungsgemäß von etwa 70o kg/cm= oder mehr, ausgesetzt wird. Besitzt das Pulver
die geeignete Feinheit, so ist weder eine Wärmebehandlung noch die Verwendung eines
Bindemittels erforderlich, da der natürliche Zusammenhang der einzelnen Teilchen
genügt, uni eine ausreichende mechanische Festigkeit zu erzielen.
-
Feine Schichten aus chemisch reinem Schwefelsilber können, wie ebenfalls
an sich bekannt, aus der chemischen Spaltung eines schwefelhaltigen Silbersalzes
auf einem Glas-, Metall- oder keramischen Träger niedergeschlagen werden.
-
Widerstände. die aus gewöhnlichem Schwefelsilber oder als Schicht
mit Hilfe von Reaktionen hergestellt werden und in denen Schwefel und sonstige Verunreinigungen
enthalten sind, werden in an sich bekannter Weise durch Wärmebehandlung in reinem
trockenem Stickstoffgas während etwa i Stunde bei Zoo bis 300° C gereinigt, so daß
ihre Charakteristik konstant und reproduzierbar ist.
-
Es wird z. B. gewöhnliches Schwefelsilber in Pulverform fein gesiebt
und alsdann in einem Stahlgesenk unter hohem Druck, wie oben für reines Schwefelsilber
beschrieben, geformt. Nach Entfernung des Widerstandes aus dein Gesenk wird dieser
etwa i Stunde lang bei 3oo bis .[oo - C in Schwefeldampf erhitzt. Dann erfolgt eine
weitere Erwärmung in reinem trockenem Stickstoffgas bei etwa aoo bis 300` C während
etwa i Stunde.
-
Ein weiteres erfindungsgernäßes Herstellungsverfahren zeigt das folgende
Beispiel. Eine geringe Menge verdünnter Natrium-Hydroxy d-Lösung wird einer Lösung
aus Silbernitrat oder Silberacetat zusammen mit Schwefelharnstoff zugeführt. In
diese Lösung, die auf eine Temperatur von 30° C gebracht wird, wird die gereinigte
Fläche eines Glas-, keramischen oder anderen Isolierkörpers eingetaucht. Schwefelsilber
schlägt sich auf der Fläche nieder, und eine Eintauchdauer von iLEuten genügt, urn
einen einwandfreien Überzug zu erhalten. Auch ein ganzer Körper, der gereinigt und
in einer frischverdünnten Stannochloridlösung gewaschen wurde, kann ebenfalls durch
Eintauchen in eine Lösung aus Silbernitrat oder Silberacetat in Verbindung finit
Natriumthiosulfat oder Natriumtliiocyanat, die auf eine Temperatur voll so bis 1-2o=
C gebracht wurde, über-r_ogen «-erden. Die erforderliche Zeit zur Erlangung eines
einwandfreien iberzuges wechselt zwischen einigen Minuten bis zu i Stunde oder mehr,
je nach der Temperatur der Lösung. Der überzogene Körper wird alsdann in trokkenem
Stickstoffgas bei 200 bis 300° C während i Stunde aufgehängt.
-
Die gleiche Wärmebehandlung ist ebenfalls zweckmäßig zur Reinigung
eines Widerstandes, der durch Auflösung eines Silberstückes firn Schwefeldampf bei
300" t@ hergestellt wurde.
-
Der Widerstand und der Temperaturkoeffizient eines nach einem der
oben beschriebenen Verfahren hergestellten Schwefelsilbereleinents ist beständig
und reproduzierbar. Der Temperaturkoeffizient beträgt etwa R -- R e Hier bedeutet
R" den Widerstand vor der an-7enonimenen Veränderung von t° C und R den Widerstand
nach erfolgter Temperaturänderung. Diese Beziehung gilt für o° bis 17c9' C. Das
bedeutet, daß der Widerstand eines gegebenen Widerstandselements bei einer Temperatursteigung
von etwa 1q.° C auf die Hälfte seines ursprünglichen Wertes fällt. Ein Widerstand
von' mittlerem Wert hat kleide Abmessungen; sein Widerstand ändert sich nicht mit
der Frequenz, zum mindesten von Frequenzen des Hörbarkeitsbereiches ab nach oben;
eine obere Grenze konnte dabei nicht festgestellt werden. Somit besitzt Schwefelsilber,
das nach dem obengenannten Verfahren behandelt ist, besondere Eigenschaften zum
Ausgleich von Veränderungen der Cbertragungscharakteristik in Übertragungssystemen
oder allgemein zur Steuerung voll Übertragungssystemen, wobei die durch Erwärmung
entstehende Widerstandsveränderung benutzt wird.
-
Im nachstehenden sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung an
Hand der Figuren näher beschrieben: Fig. i zeigt eine Vorrichtung, in der die Wärmebehandlung
des Widerstandskörpers ausgeführt werden kann.
-
Fig.2 stellt eine Anordnung dar, die ein Silberstück in Schwefelsilber
umzuwandeln gestattet.
-
Fig. 3, d. und 5 zeigen die Anbringung der Anschlußdrähte an das fertige
Widerstandselement.
-
Die Fis. i zeigt eine geeignete Vorrichtung für die Wärmebehandlung
eines Widerstandselementes aus Schwefelsilber. Das Element 13 ist in einem Behälter
16 aufgehängt, der durch einen Hitzdraht ig auf eine Temperatur zwischen 200° und
300° C gebracht wird. Trockenes Stickstoffgas wird durch die Leitung 20 in den Behälter
eingeführt, wobei das
Gas den nicht gebundenen Schwefel verdrängt
und den Behälter durch das Rohr 21 verläßt.
-
Wenn das Widerstandselement 15 aus gewöhnlichem Schwefelsilberpulver
durchDruck hergestellt wurde, wie oben beschrieben, so kann die Wärmebehandlung
im Schwefeldampf in ,dem gleichen Behälter ausgeführt werden. Eine- kleine Schwefelmenge
17 wird in den Behälter eingeführt, worauf -die Temperatur des Behälters durch den
Hitzdraht 18 auf etwa 3oo bis 40o° C gebracht wird. Diese Temperatur wird etwa eine
Stunde lang aufrechterhalten und kann mit Hilfe des Thermometers i9 beobachtet werden.
Nach dieser Zeit und unter der Voraussetzung, daß der gesamte Schwefel verdampft
wurde, wird trockenes Stickstoffgas, wie oben beschrieben, zugeleitet und die Temperatur
auf etwa 200° bis 300° C herabgesetzt.
-
Die Umwandlung eines Silberstückes in Schwefelsilber kann so ausgeführt
werden, wie die Fig.2 zeigt. Ein Stück handelsübliches reines Silber irgendeiner
Form, wie beispielsweise bei io gezeigt, wird in einem Behälter i i aufgehängt.
Der Behälter enthält eine kleine Menge Schwefel 12. Durch Erwärmung mittels der
Flamme 13 auf eine Temperätur von 300° C wird der Schwefel 12 zum Verdampfen gebracht.
Die Temperatur bleibt etwa io bis 15 Minuten oder genügend lange auf dieser Höhe,
bis das ganze Stück in Silbersulfat umgewandelt ist.
-
Die Beschaffenheit eines auf diese Weise hergestellten Widerstandes
gestattet die Anwendung der bekannten Anbringungsmöglichkeiten für die Anschlußdrähte
nicht, sondern es muß folgendermaßen verfahren werden. Der mittlere Teil des in
der Fig. 3 gezeigten Widerstandselementes 15 ist durch ein Band 29 abgedeckt. Die
freien Stellen 22 zu beiden Seiten werden jetzt mit geschmolzenem Metall 23 aus
einer Pistole 24 bespritzt. Somit entsteht auf den freien Enden eine leitende Metallschicht
25 und 26, wie in der Fig. q. gezeigt. Die Zuleitungsdrähte 27 und 28 der Fig. 5
werden dann an den metallüberzogenen Enden befestigt.