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Temperaturkompensierter, bifilar gewickelter Meßwiderstand Drahtgewickelte
Präzisionswiderstände sind seit langem bekannt und werden in großem Umfange beispielsweise
bei Präzisions-Kurbelwiderständen, Stöpselwiderständen und Meßbrücken verwendet.
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Die Widerstände bestehen dabei aus einem isolierten Manganindraht,
der auf einen keramischen Körper gewickelt ist.
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Um eine kleine Zeitkonstante und damit auch eine Anwendung für Wechselstrom
dieser Präzisionswiderstände zu erreichen, ist eine bifilare Wicklung vorgesehen.
Bei den bekannten Präzisionswiderständen ist der auf den Wickelkörper aufzubringende
Draht einstückig und wird etwa in der Mitte gefaltet.
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Diese Draht-Parallelführung wird auf den Spulenkörper aufgewickelt.
Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß die Induktivität des Widerstandes sehr
klein wird. Um bei einlagigen bifilaren Wicklungen eine kleine Kapazität zu erhalten,
ist es auch bekannt, auf dem Körper mehrere einlagige bifilar gewickelte Teilspulen
vorzusehen, die in Reihe geschaltet werden.
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Diese Präsizionswiderstände müssen bestimmten Beglaubigungsvorschriften
entsprechen. Dies sind unter anderem große Genauigkeit des Widerstandswertes, zeitliche
Unveränderlichkeit, geringer Temperaturkoeffizient bei einer Temperatur von 200
C.
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Um die obigen und andere Vorschriften zu erfüllen, werden die fertiggewickelten
Widerstände durch Erwärmen künstlich gealtert und danach noch längere Zeit gelagert.
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Die in Meßbrücken, Kurbel- oder Stöpselwiderständen verwendeten fertiggewickelten
Präzisionswiderstände sind in der Praxis Betriebstemperaturen ausgesetzt, die auch
über 200 C hinausgehen können.
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Dabei treten dann Widerstandsänderungen auf, die vom Temperaturkoeffizienten
des verwendeten Widerstandsmaterials abhängen. Der Temperaturkoeffizient von Manganin
liegt nun nicht fest. Für verschiedene Chargen von Manganindraht ergeben sich im
allgemeinen auch verschiedene Widerstands-Temperaturkurven. Diese Unterschiede entstehen
dadurch, daß bei der Herstellung des Widerstandsdrahtes an sich nicht beabsichtigte
unterschiedliche Bedingungen auftreten können, wie beispielsweise unterschiedlicher
Zug, Wärmebehandlung u. dgl. jeder Charge.
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Präzisionswiderstände mit einem Wert von 1 10 Q sollen eine Genauigkeit
von + 0,02°/o bei 200 C aufweisen. Es ist erwünscht, diese Genauigkeit bis zu einer
Temperatur von etwa 300 C aufrechtzuerhalten. Um diese Forderung zu erfüllen, mußten
bisher stets ausgesuchte Widerstandsdrähte mit ent-
sprechend kleinem Temperaturkoeffizienten
innerhalb dieses Bereiches verwendet werden. Da, wie oben angedeutet, der Hersteller
nicht ohne weiteres in der Lage ist, solche Widerstandsdrähte einfach herzustellen,
und sich im allgemeinen Drahtchargen mit von Charge zu Charge beträchtlich streuenden
Temperaturkoeffizienten ergeben, sind für Widerstandsdrähte mit dem gewünschten
Widerstands-Temperaturverhalten beträchtliche Lieferzeiten erforderlich, da die
Daten dieser Drähte bei der Herstellung praktisch nur durch Zufall erreicht werden.
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Lieferzeiten von 1/2 bis zu 2 Jahren sind daher keine Seltenheit.
Es kommt hinzu, daß für dieses ausgesuchte Drahtmaterial vom. Hersteller ein Aufpreis
gegenüber normalem Drahtmaterial verlangt wird.
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Wird ferner beachtet, daß der fertiggewickelte Präzisionswiderstand
nach der künstlichen Alterung auch noch einer Lagerung von etwa 1/2 Jahr unterzogen
wird, so ist zu ersehen, daß es sich bei der Herstellung derartiger Präzisionswiderstände
mit ausgesuchtem Drahtmaterial um einen langwierigen und kostspieligen Prozeß handelt.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die langen Zeiten und
die Kosten für derartige Präzisionswiderstände beträchtlich herabzusetzen. Durch
die Erfindung ist erreicht, daß für die Herstellung der Präzisionswiderstände bezüglich
des Temperaturkoeffizienten kein ausgesuchtes Drahtmaterial mehr benötigt wird.
Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf einen temperaturkompensierten, bifilar gewickelten
Meßwiderstand.
Die Erfindung besteht darin, daß die beiden Widerstandsdrähte der bifilaren Wicklung
aus Widerstandsmaterial von gleichem spezifischem Widerstand und unterschiedlichem
Temperaturkoeffizienten bestehen. Vorzugsweise besteht der Widerstand in an sich
bekannter Weise aus zwei Drähten etwa gleicher Länge, die an einem Ende miteinander
verbunden sind und die in Parallelführung als bifilare Wicklung ausgebildet sind.
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Es ist bereits ein elektrischer Widerstandskörper aus einem leitenden,
eine Perowskitstruktur aufweisenden Erdalkalititanat bekannt, dessen Sauerstoffgehalt
geringer ist als derjenige, welcher der stöchiometrischen Zusammensetzung entspricht
und der mit einem Widerstandskörper mit negativem Temperaturkoeffizienten aus einem
Spinellstruktur aufweisenden Erdalkalititanat elektrisch verbunden ist, wobei sich
die Widerstandswerte der beiden Widerstandskörper bei Änderung des Stromdurchganges
um den gleichen, aber entgegengesetzt gerichteten Betrag ändern, so daß die Widerstandskombination
keinen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes mehr besitzt. Es handelt
sich hierbei also um zwei Halbleiter-Widerstandskörper, die für eine Anwendung in
der Präzisionsmeßtechnik ungeeignet sind. Es ist ferner eine Einrichtung zum Ausgleich
des Temperatureinflusses bei Meßwiderständen bekannt, bei welcher ein besonderer
Vorschaltwiderstand verwendet wird. Dieser hat mindestens den gleich hohen Temperaturkoeffizienten
wie der Meßwiderstand und ist mit diesem in gut wärmeleitender Verbindung angeordnet.
Es handelt sich hier um einen bekannten Vorwiderstand, der aus einem einzigen Drahtstück
besteht und beispielsweise einem Anzeigeinstrument zugeordnet ist. Auch diese Ausbildung
ist für eine Anwendung in der Präzisionsmeßtechnik ungeeignet. Bei einem bekannten
Präzisionswiderstand ist das draht- oder bandförmige Widerstandsmaterial zweckmäßigerweise
bifilar auf einen Träger aus Glas oder keramischem Material beispielsweise kreuz-
oder sternförmigen Querschnittes gewickelt, der innerhalb eines ihn in Abstand umgebenden
und gasdichten Glaskolbens gehaltert, insbesondere mit diesem verschmolzen ist.
Dieser Widerstand ist einstückig und weist die in der Beschreibungseinleitung aufgeführten
Nachteile auf.
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Bei einem anderen Präzisionswiderstand ist die auf einem Träger liegende
Widerstandswicklung in Form einer Doppelwendel ausgebildet. Der Widerstand ist ebenfalls
einstückig und kein glatter Draht, sondern als Schraubenspirale mit vielen Windungen
als vorgeformter Draht ausgebildet. Die Herstellung eines derart geformten Drahtes
ist kompliziert und damit teuer.
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der F i g. 1 sind Widerstands-Temperaturkurven
mehrerer Präzisionswiderstände 1 bis 5 mit einem Widerstandswert von beispielsweise
100 s2 dargestellt, die aus Manganindraht verschiedener Chargen hergestellt sind.
Wie ersichtlich, ergeben sich für die Widerstände bei etwa gleichem Widerstandswert
(100 Q) bei 200 C die verschiedensten Widerstands-Temperaturkurven bei Temperaturen
oberhalb von 200 C. Lediglich die Charge des Widerstandsdrahtes nach der Kurve 4
entspricht den Beglaubigungsvorschriften. Die Chargen der anderen Widerstandsdrähte
sind bisher als unbrauchbar für
die Herstellung von Präzisionswiderständen angesehen
worden. Hier greift nun die Erfindung ein. Sie macht Gebrauch von den bisher als
nicht verwendbar betrachteten Chargen der Widerstandsdrähte nach den Kurven 1, 2,
3 und 5. Gemäß der Erfindung wird für die Herstellung eines Präzisionswiderstandes
nicht mehr ein Drahtmaterial nach der Kurve 4 verwendet, sondern beispielsweise
ein Drahtmaterial nach den Kurven 3 und 5. Das Drahtmaterial der Kurve 3 hat im
Bereich von etwa 20 bis 300 C eine positive Abweichung des Temperaturkoeffizienten,
die etwa mit der negativen Abweichung des Temperaturkoeffizienten des Drahtmaterials
nach der Kurven übereinstimmt. Ein aus diesen Drahtmaterialien hergestellter Präzisionswiderstand
ergibt im Bereich von etwa 20 bis 300 C eine Widerstands-Temperaturkurve, die etwa
mit der Kurve 4 übereinstimmt.
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In der Fig. 2 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Präzisionswiderstandes dargestellt. Auf dem keramischen Spulenkörper 10 ist gemäß
der Erfindung ein Drahtwiderstand aufgebracht, der beispielsweise aus zwei verschiedenen
Teildrähten 11, 12 besteht, wobei der Draht 11 beispielsweise eine Widerstands-Temperaturkurve
3 nach der F i g. 1 und der Draht 12 beispielsweise eine Widerstands-Temperaturkurve
5 nach der Fig. 1 aufweisen möge. Die Drähte 11, 12 mögen gleiche Länge haben. Deren
benachbarte Enden 13, 14 sind beispielsweise durch Lötung miteinander verbunden,
wie durch 15 angedeutet ist. Wie ersichtlich, sind die Drähte 11, 12 parallel nebeneinander
geführt, so daß sich eine bifilare Wicklung ergibt. Die Anschlüsse des Widerstandes
sind die freien Enden 16, 17.
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Etwaige Erwärmungsvorgänge erfassen beide Drähte gleichmäßig.
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Die Erfindung läßt die verschiedensten Variationen zu. Es können
Widerstände auch mit ungleichen Drahtanteilen hergestellt werden. Gegebenenfalls
können auch mehr als zwei Drähte in Hintereinanderschaltung vorgesehen werden. Ferner
ist es möglich, mehrere Teilwicklungen auf den Körper aufzubringen. Bei entsprechender
Kurvenauswahl kann auch eine höhere Belastbarkeit der Widerstände innerhalb der
geforderten Toleranzen erreicht werden. Soll beispielsweise ein Präzisionswiderstand
erstellt werden, der innerhalb eines Temperaturbereiches von +15 bis + 350 C eine
Widerstandstoleranz von + 1 - 10-4 einhalten soll, wobei bei voller zulässiger Strombelastung
die auftretende Übertemperatur + 200 C betragen möge, so ist eine Kombination von
Drähten zu wählen, die ein solches Widerstands-Temperaturverhalten des fertiggestellten
Widerstandes ergeben, daß die obere Toleranzgrenze (+1.10-4) bei etwa +350 C und
die untere Toleranzgrenze (1 (-1.10-4) bei etwa +150C und + 550 C liegt. Damit ist
die optimale Belastbarkeit dieses Widerstandes erreicht.
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Die F i g. 3 zeigt beispielsweise die sich ergebenden Widerstandstemperaturkurven
von drei 100 Q-Widerständen, die jeweils aus zwei Drähten mit positivem und negativem
Temperaturkoeffizienten bestehen.
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Die Kurven 20 bis 22 mögen dabei entsprechenden Drähten 11 nach der
F i g. 2 zugeordnet sein, und die Kurven 23 bis 25 entsprechenden Drähten 12. Die
gestrichelt gezeichneten Kurven 26 bis 28 zeigen das sich jeweils ergebende Widerstands-Temperaturverhalten
des fertiggestellten Präzisionswiderstandes.