DE871783C

DE871783C - Präzisionswiderstand

Info

Publication number: DE871783C
Application number: DENDAT871783D
Authority: DE
Inventors: Hanau/M und Heinrich Gesche Hanau/M Dipl.-Ing. Herbert Vanvor
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Publication date: 1953-02-12

Description

Für Zwecke der elektrischen Meßtechnik werden bekanntlich Widerstände mit sehr genau festgelegtem Wert benötigt, die außerdem die Forderungen nach zeitlicher Invarianz, Temperaturunab-S hängigkeit, Unabhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit und schließlich nach möglichst großer Unempfindlichkeit gegen mechanische Einwirkungen, wie Erschütterungen u. dgl., erfüllen sollen.
Die bisher als Widerstandsnormale bekanntgewordenen Widerstände hoher Präzision, beispielsweise für Werte von ι bis ioo Ohm, haben zumeist eine Ausführungsform, bei welcher über einen keramischen stabformigen Trager der Widerstandsdraht bifilar schraubenförmig aufgewickelt und dieses Gebilde in einer die Luftfeuchtigkeit ausschließenden dichten Glas- oder Metallhülle untergebracht ist, während die Anschlußdrahte fur Stromanschluß und Potentialanschluß durch die Wandung der Hülle herausgeführt sind. Dabei hat

^a° man die Forderung nach einem in möglichst weiten Temperaturgrenzen verschwindenden Temperaturkoeffizienten des Widerstandes durch Wahl besonderer Legierungen weitestgehend zu erfüllen versucht. Neben den seit langem bekannten Legierungen auf der Kupfer-Mangan-Basis wurden in jüngster Zeit auch schon Gold-Kobalt-, Gold-Vanadium, und insbesondere Gold-Chrom-Legierungen vorgeschlagen. In der Tat gelingt es vor allem durch geeignete Fuhrung des Alterungsprozesses, den Temperaturkoeffizienten von Gold durch Zusatz von wenigem (2 bis 4%) Chrom in den üblichen, bei der Messung auftretenden Temperaturbereichen Null bzw. sogar negativ zu machen

Die Aufgabe, die zeitliche Invarianz des Widerstandes, und zwar sowohl semes Wertes als auch seines Temperaturkoeffizienten zu sichern, war hingegen bisher nicht befriedigend gelöst worden, es sei denn allem durch Aufwand sehr kostspieliger Mittel, wie einer dauernden Konstanthaltung der Temperatur und absolut erschütterungsfreie Auf-

bewahruiig. Durch die wechselnde Temperaturbeanspruchung des Widerstandsmaterial, vor allem auch wegen der Ausdehnung des Tragers, entstehen nämlich bekanntlich in der Widerstandswicklung sowohl Spannungen als auch Kristallisationserscheinungen, die zu einer Änderung des Gefuges und damit des Leitvermögens führen müssen. Zu denselben Folgen fuhren Erschütterungen und Stöße, die Lageänderungen, elastische

ίο Spannungen und Schwingungen der Widerstandswicklung verursachen. Gerade wenn der Temperaturkoeffizient nahe auf Null herabgedrückt ist, besteht eine ganz besonders hohe Empfindlichkeit gegen elastische Spammmgs- und Dehnungsänderungen, die sehr leicht an den aufgewickelten Widerstandswicklungen durch betrieblich bedingte kleine Erschütterungen eintreten können. Dieser Nachteil ist verständlich, wenn man bedenkt, daß bei dem Alterungsprozeß, der bekanntlich bei den höheren Temperaturen vorgenommen wird, eine Rekristall isation der Widerstandslegierung eintritt, die zvi ar Ursache für die Unterdrückung des Temperaturkoeffizienten wird, aber umgekehrt auch zu Kontaktunstetigkeiten führt, die dann bei Dehnungen oder Spannungen leicht beträchlich hohe Widerstandsänderung«! möglich machen.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, einen Widerstand mit großer Unempfindlichkeit gegen mechanische Erschütterungen herzustellen, der seinen Wert mit der Zeit nicht ändert und dessen Temperaturkoeffizient Null bleibt.

Der Vorschlag der Erfindung geht dahin, keinen glatten gestreckten Draht, sondern vielmehr einen als Schraubenspirale mit vielen Windungen bereits vorgeformten Draht aus einem der bekannten Widerstandsmaterialien, insbesondere aus GoIdchrom, schraubenförmig um den Träger zu wickeln, so daß also eine Doppelwendel entsteht.

Die durch die erfindungsgemäßc Doppelwendelform der Widerstandswicklung erzielten überraschenden Fortschritte gegenüber einem einfach gewickelten Draht beruhen darauf, daß bei einer Doppelwendel die auftretenden Spannungen nicht unmittelbar oder wenigstens nicht in gleich hohem Maß zu Längenänderungen und damit Gefügeveränderungen des Drahtes führen. Sie führen vielmehr nur zu geringfügigen Längenänderungen der Wendelfeder und wirken sich so mehr auf die Form als auf den Stoff aus. Die mit der Längenänderung der Feder verbundene Torsionsbeanspruchung des Drahtes hat einen viel geringeren Einfluß auf das innere Gefüge des Metalls. Die Dehnungsfähigkeit einer Wendel überwiegt die eines einfachen Drahtes um mehrere Größen-Ordnungen. Die Beanspruchung des Materials steht aber dazu etwa im umgekehrten Verhältnis, und im gleichen Maß sind auch die Änderungen des Widerstandes und des Temperaturkoeffizienten geringer.

Die Doppelwendel bleibt, sofern sie mit geringer Anfangsspannung auf den Träger gewickelt ist, fest und unverrückbar auf dem Träger liegen, und diese Anfangsspannung bleibt auch bei Temperaturänderungen erhalten, und Dehnungsspannungen werden von der Doppelwendel leicht auf- β-genommen.

Es hat sich nun als vorteilhaft erwiesen, als Träger, der vorzugsweise aus einem keramischen Werkstoff oder Glas und Quarzglas bestehen kanu, passend profilierte Stäbe zu verwenden, die durch Drehung an beiden Enden in warmem plastischem Zustand in einen schraubenförmig gewundenen Stab übergeführt werden. Dabei entstehen passend geformte Rillen zur Aufnahme der Drahtwendel, die ein Verrücken und ein gegenseitiges Berühren verhindern. Dieser erfindungsgemäße Träger bewährt sich vor allem bei dünneren Drahtwendeln, deren innere Festigkeit zu gering ist, um selbständig die gegebene Lage einzuhalten.

In der Abbildung ist ein derartiger, nach dem Gedanken der Erfindung gestalteter Normalwiderstand mit einer Drahtdoppelwendel 1, beispielsweise aus Goldchrom, und schraubenförmig gewundenem Träger 2 gezeigt. Dieses empfindliche Gebilde ist zur Abhaltung der Luftfeuchtigkeit und sonstiger schädigender Einwirkungen von einer Glashülle 3 umschlossen. Am einen Ende befinden sich die luftdicht eingeschmolzenen Stromanschlüsse 4 mit den Fixpunkten 5 des Widerstandsdrahtes. Die Hülle ist vorteilhaft mit einem neutralen, nicht oxydierenden Gas gefüllt, beispielsweise Wasserstoff oder Edelgas. Wegen seines hohen Wärmeleitvermögens ist Wasserstoff günstig. Die an der Verlötung der Goldchromwendel mit den Anschlußelektroden durch Umkehrung des thermoelektrische!!Effekts entstehende und die im Widerstandsdraht entwickelte Wärme wird nämlich durch Wasserstoff rasch abgeleitet.

Die Drahtwendel ist im gezeichneten Fall bifilar um den Träger gewunden. Bei einer weiteren nach der Erfindung vorgeschlagenen Ausbildungsform des Normalwiderstandes wird, zwischen die Windungen der Widerstandswendel noch eine einfache bifilare Widerstandsthermometerwicklung angebracht. Diese Anordnung ermöglicht die genaue Kenntnis der für die Messung konstant zu haltenden Temperatur an der Widerstandswendel. Der Träger wird hierzu durch Drehung eines viereckig profilierten, erweichten Glasstabes hergestellt, so daß je zwei gegenüberliegende Flächen des Glas-Stabes die zusammengehörigen Rillen für die Widerstands wendel bzw. die Thermometer wicklung bilden.

An den beiden die Fixpunkte bildenden Lötstellen werden vorteilhaft nicht nur ein Paar Anschlußdrähte für den Meßstrom, sondern auch ein Paar Anschlußdrähte für den Potentialabgriff und schließlich noch eine Zuleitung für den Nebenschluß angelötet und angeschweißt, dessen andere Zuleitung an einer Windung der Wendel aufgelötet wird.

Die Verlötung der Zuleitungen mit den Enden der Widerstandswendel bzw. an einer Wendelwindung erfordert bei Goldchrom ganz besondere Sorgfalt, damit möglichst punktförmige Fixpunkte entstehen; Goldchrom läßt sich nämlich in Gegen-

wart von Sauerstoff nur schwer löten. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, die Verlötung elektrisch unter einem Schutzgas, wie Wasserstoff, auszuführen. Dazu werden die Zuleitungsenden der Anschlüsse und die Wendelenden zwischen die spitzen Elektroden eines elektrischen Punktschweißapparates geklemmt und in einem Schutzgas enthaltenden Behälter durch kurzzeitigen Stromschluß verschweißt oder verlötet. Es entstehen sehr saubere Verlötungen, die einen genauen Fixpunkt bilden. Der auf jeden Fall notwendige Alterungsprozeß des ganzen Widerstandsgebildes wird in der bekannten Weise beispielsweise durch eine 7- bis Sstündige Temperung bei etwa 2oo° C durchgeführt.

Die Vorzüge der neuen Präzisionswiderstände sind ganz erheblich gegenüber bisher bekannten Ausführungsformen. Für Widerstände von r bis 100 Ohm erzielt man die Einhaltung des Wertes bis auf 10"⁵ des Nennwertes. Der Temperaturkoeffizient bleibt verschwindend klein. Die Schwankungen gegenüber bisher üblichen Normalwiderständen betragen etwa 3 bis 4 X io~^G vom Nennwert. Doch bestehen gewichtige Gründe dafür, daß die Schwankungen nicht von den erfindungsgemäßen Widerständen ausgehen, sondern vielmehr die zum Vergleich herangezogenen bisherigen Normale diese Schwankungen aufweisen. Die gegen mechanische und anderweitige Einwirklingen unempfindlichen Normalwiderstände gemäß der Erfindung sind somit für die Praxis von großer Bedeutung.

Claims

Patentansprüche:

1. Präzisionswiderstand mit verschwindendem Temperaturkoeffizienten, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einem Träger liegende Widerstandswicklung in Form einer Doppelwendel ausgebildet ist.

2. Präzisionswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelwendel der Widerstandswicklung um einen glatten Träger gelegt ist.

3. Präzisionswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelwendel in den schraubenförmigen, durch Drehung eines Glasstabes in plastischem Zustand entstandenen Rillen liegt.

4. Präzisionswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gewendelte Widerstandsdraht aus einer Goldlegierung hergestellt ist, vornehmlich aus Goldchrom, dessen Temperaturkoeffizient durch Alterungsbehandlung bis auf Null herabgedrückt ist.

5. Präzisionswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandswicklung in einer Schutzhülle, vorzugsweise aus Glas oder Quarzglas, eingeschlossen liegt, die mit einem die Wärme gut leitenden, neutralen oder reduzierenden Gas, vorzugsweise Wasserstoff- oder Edelgas, gefüllt ist.

6. Präzisionswiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Widerstandswendeln noch die Widerstandswicklungen für ein Widerstandsthermometer liegen.

7. Verfahren zum Herstellen des Präzisionswiderstandes nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen für Strom, Potentialabgriff und Nebenschluß mit den Enden der Widerstandswendel an einem Punkt unter nicht oxydierendem Schutzgas verlötet oder verschweißt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen