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Elektrischer Meßwiderstand -Für Meßzwecke der Nieder- und Hochfrequenztechnik
werden häufig Widerstände benötigt, die außer einer- hohen zeitlichen Konstanz und
einer geringen Temperaturempfindlichkeit auch einen möglichst kleinen Phasenwinkel
im angegebenen Frequenzbereich aufzuweisen haben. Während die beiden ersten Forderungen
durch sorgfältige Mterung, zweckmäßiges Träger- und Widerstandsmaterial weitgehend
erfüllt werden können, erreicht man geringe Phasenfehler bekanntlich durch besondere
Wicklungsarten, z. B. der Chaperonwicklung oder der Wicklung nach Wagner-Wertheimer.
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Als Maß für die Brauchbarkeit eines gewollt Ohmschen Widerstandes
für Wechselstrommessungen ist die Zeitkonstante # = L/R - R # C bekannt. Der komplexe
Wert eines solchen Widerstandes ist dann unter Vernachlässigung der Glieder höherer
Ordnung # sw R (I + j ##). Die gewünschte Beziehung LR = R-C läßt sich aber nicht
für alle gebräuchlichen Widerstandswerte hinreichend gut erfilllen. Für Widerstände
über 1000 # überwiegt im allgemeinen die rechte Seite, so daß z negativ wird, während
für Widerstände unter Ion 9 mit sinkendem Ohmwert die Zeitkonstante ständig ins
Positive wächst.
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Besonders schwierig werden die Verhältnisse, sobald man in das Gebiet
unter iQ vorstößt. Außer einer geringen Zeitkonstante ist dort auch stets mit sinkendem
Widerstandswert eine wachsende Strombelastbarkeit erforderlich, denn der Spannungsabfall
an dem Widerstand ist diejenige Größe, die bei der Messung z. B. mittels einer Wechselstrom-Thomsonbrückemeist
ausgenutzt wird.
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Starke Ströme verlangen jedoch große Querschnitte des Widerstandemateriall.
Andererseits wird von
einem solchen Widerstand erwartet, daß sich
sein Wirkwiderstand bis zu einer vorgegebenen Frequenz nur um einen bestimmten kleinen
Wert, der möglichst vernachlässigbar. sein soll, von seinem Gleichstrom unterscheidet.
Die Draht- oder Bandstärke des Widerstandsmaterials muß also weit unterhalb der
äquivalenten Leitschichtdicke liegen. Es ist bereits eine Widerstandsanordnung für
sehr hohe Frequenzen bekannt, die aus einem Zweileitersystem mit dazwischenliegender
Isolierschicht besteht, das an einem Ende kurzgeschlossen ist. Insbesondere bei
sehr niederohmigen Widerständen bereitet die Potentialabnahme Schwierigkeiten, da
das magnetische Feld des stromdurchflossenen Widerstandes dabei einen störenden
Einfluß hat.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßwiderstand der Größenordnung
Milliohm mit einer für diesen Bereich außergewöhnlich kleinen Zeitkonstanten #,
bei dem die gewünschte Frequenzunabhängigkeit des Wirkwiderstandes und die Belastbarkeit
innerhalb gewisser Grenzen gleichzeitig berücksichtigt werden können. Außerdem bleiben
einige vom Gleichstrommeßwiderstand her gewohnte Eigenschaften hinsichtlich zeitlicher
Konstanz und Temperaturunempfindlichkeit nahezu erhalten, und der Einfluß des mit
dem Widerstand verbundenen magnetischen Feldes auf die Potentialanschlüsse wird
vermieden.
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Der Meßwiderstand besteht in an sich bekannter Weise aus zwei konzentrischen,
durch eine dünne Isolierschicht voneinander getrennten Zylindern aus Widerstandsmaterial,
die an einem Ende galvanisch miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß sind die
bei Meßwiderständen üblichen Potentialanschlüsse entweder in Koaxialform senkrecht
zu den Widerstandszylindern seitwärts nach außen oder innerhalb des inneren Widerstandszylinders
zu diesem gleichachsig herausgeführt.
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Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel eines I-mQ-Widerstandes
erläutert. Gemäß den Fig. r und 2, von denen Fig. I den Längsschnitt und Fig. 2
einen Querschnitt des Widerstandes darstellt, besteht dieser aus zwei ineinandergeschobenen
Manganinrohren I und 2, die durch eine mehrere Cl dicke Isolierschicht 3 eines hitzebeständigen
Materials, wie Glimmer, voneinander getrennt sind. An einem, in der Figur dem oberen
Ende sind die beiden Rohre rundherum miteinander verlötet. Die Stromzuführung kann
entweder über eine geeignete, in der Figur nicht gezeichnete konzentrische Buchse
unmittelbar auf das offene, untere Ende des Widerstandes erfolgen. Innen- und Außenleiter
des Widerstandes können aber auch zu diesem- Zweck am offenen Ende mit gut leitenden
Kontaktringen 4 und 5 versehen sein. Diese Anordnung hat als Anlaufstrecke des Stromes
die Aufgabe, den Einfluß vön Kontaktunregelmäßigkeiten zu mildern, indem sie dafür
sorgt, daß an der Stelle der Potentialanschlüsse 6 und 7 die Stromfäden im Widerstandsniaterial
trotz der ungleichmäßigen Stromzuführung schon möglichst parallel zueinander verlaufen.
Die Potentialabnahme erfolgt an den Kontakten 6 und 7, von denen Kontakt 6 den Anschluß
an den äußeren Zylinder I und Kontakt 7 den Anschluß an den inneren Zylinder 2 vermittelt.
Die Potentialabnahme kann jedoch auch durch zwei Zuführungen erfolgen, die gleichachsig
zu den Zylindern in diese eingeführt sind und von denen die eine sodann an den inneren
Zylinder 2 und die andere durch eine Öffnung desselben hindurch an den äußeren Zylinder
I geführt ist.
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Wie man erkennt, ist die Anordnung so getroffen, daß das für die
Induktivität des Widerstandes und somit der Zeitkonstante maßgebliche magnetische
Feld räumlich so beschränkt ist, wie irgend möglich, Es setzt sich zusammen aus
dem für die äußere Induktivität maßgebenden Magnetfeld im Glimmerdielektrikum und
den für die innere Induktivität maßgebenden Feldern innerhalb der Manganinrohre.
Der übrige Raum ist jedoch praktisch feldfrei, was auch hinsichtlich der Beeinflussung
anderer, zur Meßeinrichtung gehörender Leitungen wichtig ist. Durch den zylinderförmigen
Aufbau oder eine ähnliche Bauform gelingt es, relativ große Querschnitte bei kleinen
Wandstärken und somit geringer Frequenzabhängigkeit des Wirkwiderstandes herzustellen.
Dabei ist es möglich, den Widerstand hinsichtlich seiner Wirkwiderstandsabweichung
vom Gleichstromwert und seiner Belastbarkeit innerhalb gewisser Grenzen getrennt
zu beeinflussen. So kann die Dicke des verwendeten Widerstandsmaterials allein mit
Rücksicht auf die höchst zulässige Wirkwiderstandsabweichung vom Gleichstromwiderstand
bemessen werden. Die nötige Strombelastbarkeit hingegen läßt sich sodann durch geeignete
Dimensionierung des Zylinderdurchmessers erreichen, wonach durch entsprechende Wahl
der Länge der Zylinder der verlangte Widerstandswert erzielt werden kann.
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Selbstverständlich ist es möglich, aus Gründen der Kühlung, des Platzbedarfes
oder der Dimensionierung andere Querschnittsformen zu wählen, etwa die nach Fig.
3, wobei die Stromzuführungsbuchse bei entsprechender Formgebung der Kontaktringe
trotzdem kreisrund sein kann.
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Bei einem Widerstand gemäß der Erfindung wurden. beispielsweise folgende
elektrische Eigenschaften, besonders soweit sie das Wechselstromverhalten des Widerstandes
betreffen, erreicht: Meßwiderstand * I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I Milliohrn Abweichung des Wirkwiderstandes vom Gleichstromwiderstand ..................................
< 1% bei 60 000 Hz < ................................... 2# - 25 000 Hz Induktivität
e : 0, 2 C o,z zu I0-9HeT Zeitkonstante ........................................
# # L/R < + 20 # 10- Sek.