DE10052178C1 - Elektrischer Widerstand - Google Patents

Abstract

Elektrischer Widerstand (1), bestehend aus einer Widerstandszone (2) und Anschlüssen (3, 3'), welche mit elektrisch leitenden Zuleitungen (4, 4') verbunden sind, die als parallel zueinander verlaufende, auch ineinander verzahnte oder koaxiale Stromschienen ausgebildet sind, zwischen denen eine elektrisch isolierende, thermisch gut leitende Schicht (5) angeordnet ist; die Konstruktion aus Widerstand und Zuleitungen ist mit einer thermisch gut leitenden Schicht (5') umgeben.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Widerstand, insbe­ sondere für Strommessungen, gemäß den Merkmalen des Oberbe­ griffs von Anspruch 1.

Aus DE 196 38 288 A1 ist ein Widerstand zum Erfassen des fließenden Stroms in Mehrleitersystemen bekannt, dessen An­ schlüsse mit als Stromschienen ausgebildeten Zuleitungen ver­ bunden sind, wobei zwischen dem Widerstand und den Strom­ schienen eine elektrisch isolierende, thermisch gut leitende Schicht angeordnet ist.

In DE 30 04 802 A1 wird ein Festwiderstand beschrieben, der in einfacher Weise, insbesondere durch Bestückungsmaschinen, in gedruckte Schaltungen eingesetzt werden kann und aus einer auf einem Substrat angeordneten Widerstandsschicht besteht, deren parallel zueinander liegende Lötanschlüsse ebenfalls auf dem Substrat angeordnet sind.

Aus DE 10 81 571 B ist ein elektrisches Bauelement, insbeson­ dere ein Kondensator, bekannt, der zum Schutz gegen. Feuchtig­ keit in einer Preßform mit einer Masse aus Epoxydharz umpreßt und wird und der Preßkörper zum Schutz gegen ein Haften in der Preßform mit einer Folie aus Metall oder metallisiertem Kunststoff umgeben wird.

Die DE 196 28 471 A1 offenbart einen auf ein Keramiksubstrat gewickelten Widerstand, der zwecks Erhöhung der Betriebssi­ cherheit in einem Keramikgehäuse und dieses in einem Metall­ gehäuse angeordnet ist.

Elektrische Widerstände, insbesondere Ausführungsformen, de­ ren Widerstandszone aus Metallegierungen bestehen, werden vor allem als Strom-Spannungswandler für Strommessungen eingesetzt. Ihr Widerstandswert bewegt sich im mΩ-Bereich. Durch Einsatz chopperstabilisierter Operationsverstärker läßt sich die an ihnen abgreifbare Meßspannung in den Bereich um 100 µV legen.

Messungen an Metallegierungswiderständen, beispielsweise an Kupfer-Manganin-Kupfer-Widerständen, die zwischen ihren An­ schlüssen eine Thermospannung aufweisen, ergeben einen Ther­ mospannungskoeffizienten von etwa 6 µV/°C.

Eine Temperaturdifferenz von 1°C zwischen den Anschlüssen des Widerstandes erzeugt eine Thermospannung von etwa 6 µV, die sich unerwünscht der Meßspannung überlagert. Bei einer Meß­ spannung von 100 µV bedeutet dies eine Verfälschung des Meßer­ gebnisses um 6%.

Bei hohen durch den Widerstand fließenden Strömen erwärmen sich die Anschlüsse des Widerstandes, beispielsweise auch durch Übergangswiderstände an Kontaktflächen zu weiteren elektrischen Bauteilen. Das führt zu einem Temperaturgradien­ ten am Widerstand, wenn an dessen Anschlüssen aus konstrukti­ ven Gründen unterschiedliche Wärmemengen erzeugt werden, wenn die Wärmeableitung unterschiedlich ist, oder wenn der Wider­ stand durch Wärme- oder Kältestrahlung von benachbarten Bau­ teilen unsymmetrisch erwärmt oder gekühlt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Widerstand so zu gestalten, daß Thermospannungen nicht auftreten können oder wesentlich reduziert werden, so daß ihre Auswirkungen das Meßergebnis nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Der elektrische Widerstand ist mit gesonderten Zuleitungen versehen, die so ausgeführt sind, daß zwischen ihnen eine thermische Kopplung bzw. ein thermischer Kurzschluß entsteht, der die beiden Anschlüsse des Widerstandes auf gleiches Tem­ peraturniveau legt; zusätzlich wird um die Konstruktion aus Widerstand, Anschlüssen und Zuleitungen eine Schicht aus elektrisch isolierendem, thermisch gut leitendem Material ge­ legt. Durch diese Maßnahmen wird die Entstehung einer Thermo­ spannung am Widerstand verhindert.

Von außen auf den Widerstand einwirkende Strahlungsquellen werden durch eine zwischen Widerstand und Strahlungsquelle angeordnete Barriere aus thermisch nichtleitendem Material abgeschirmt.

Ausführungsbeispiele nach der Erfindung werden nachstehend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit parallel zuein­ ander verlaufenden Zuleitungen,

Fig. 1a einen Querschnitt dazu,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit parallel zuein­ ander verlaufenden Zuleitungen,

Fig. 2a einen Querschnitt dazu,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel mit parallelen, in­ einander verzahnten Zuleitungen,

Fig. 3a einen Querschnitt dazu,

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel mit koaxial verlau­ fenden Zuleitungen, und

Fig. 4a einen Querschnitt dazu.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen elektrischen Wi­ derstand 1 mit einer Widerstandszone 2 beispielsweise aus Manganin (Metallegierung), mit seinen Anschlüssen 3 und 3', beispielsweise aus Kupfer. Stromzuleitungen 4 und 4', bei­ spielsweise ebenfalls aus Kupfer, sind als parallel zueinan­ der verlaufende Stromschienen, zwischen denen eine elektrisch isolierende, thermisch gut leitende Schicht 5 angeordnet ist, ausgebildet und mit den Anschlüssen 3, 3' verbunden, bei­ spielsweise verlötet. Die Dimensionierung der Stromzuleitun­ gen 4 und 4' sollte so gewählt sein, dass sie in Breite und Dicke wenigstens den Abmessungen der Anschlüsse 3, 3' ent­ sprechen, vorteilhafterweise jedoch so groß wie möglich sind, um eine gute thermische Kopplung zwischen den beiden An­ schlüssen 3, 3' zu gewährleisten. Die Stromzuleitungen 4, 4' an dem dem Widerstand 1 abgewandten Ende können als An­ schlusskontakte 6, 6', beispielsweise als Steck- oder Lötkon­ takte, ausgebildet sein.

Die Konstruktion aus Widerstand und Stromzuleitungen, mit Ausnahme der Steck- oder Lötkontakte, ist mit einer Schicht 5' aus elektrisch nicht leitendem, thermisch gut leitendem Material umgeben.

Fig. 1a zeigt einen Querschnitt durch die Konstruktion im mittleren Bereich der Stromzuleitungen.

Fig. 2 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel einen Längs­ schnitt durch einen elektrischen Widerstand 1 wie in Fig. 1, mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1, mit dem Unter­ schied, dass die Widerstandszone 2 mit ihren Anschlüssen 3, 3' und den parallel zueinander verlaufenden Stromzuleitungen 4, 4' als Block ausgebildet und von einer elektrisch nicht- leitenden, thermisch gut leitenden Schicht 5' umgeben ist. Dieser elektrisch isolierte Block ist in ein thermisch gut leitendes Gehäuse oder Gehäuseteil 7, beispielsweise aus Alu­ minium, eingebettet.

Fig. 2a zeigt einen Querschnitt durch diese Konstruktion im Bereich des Widerstandes 1.

Fig. 3 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel einen Längs­ schnitt durch einen elektrischen Widerstand wie in Fig. 1, mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1, mit dem Unter­ schied, dass die parallel zueinander verlaufenden und durch eine elektrisch isolierende, thermisch gut leitende Schicht 5 voneinander getrennten Stromschienen 4, 4' des besseren Tem­ peraturausgleichs wegen ineinander verzahnt sind, was durch den in Fig. 3a gezeigten Querschnitt verdeutlicht wird.

Fig. 4 zeigt als viertes Ausführungsbeispiel einen Längs­ schnitt durch einen elektrischen Widerstand wie in Fig. 1, mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1, mit dem Unter­ schied, dass die parallel zueinander verlaufenden und durch eine elektrisch isolierende, thermisch gut leitende Schicht 5 voneinander getrennten Stromschienen 4, 4' des besseren Tem­ peraturausgleichs wegen koaxial geführt sind, was durch den in Fig. 4a gezeigten Querschnitt verdeutlicht wird.

Die Zuleitungen 4, 4' können auch in nicht dargestellter Wei­ se als geschichtete oder nach Art eines Wickelkondensators aufgerollte, durch elektrisch isolierende, thermisch gut lei­ tende Schicht(en) 5 voneinander getrennte Stromschienen aus­ geführt sein.

Die Schicht 5' in den Fig. 1, 1a, 3, 3a, 4 und 4a ist thermisch gut leitend, aber elektrisch nichtleitend. Ist die­ se Schicht auch elektrisch leitend - 7 -, so muss zwischen Konstruktion aus Widerstand 1, seinen Anschlüssen 2, 2' und den parallel zueinander verlaufenden Stromzuleitungen 4, 4' und der elektrisch leitenden Schicht 7 eine elektrisch nicht- leitende, thermisch gut leitende Schicht 5' vorgesehen sein, wie dies bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dargestellt ist.

Mit den in den Fig. 1 bis 4 beispielsweise dargestellten Ausführungsformen erhält man elektrische Widerstände, bei de­ nen eine störende, ein Messergebnis verfälschende Thermospan­ nung unterbunden wird.

Wird ein elektrischer Widerstand durch Wärmestrahlung von be­ nachbarten, Wärme oder Kälte produzierenden Bauteilen unsym­ metrisch erwärmt oder gekühlt, so wird in nicht dargestellter Weise zwischen dem elektrischen Widerstand und diesen wärme­ produzierenden Bauteilen eine Schutzbarriere aus thermisch nicht leitendem Material angeordnet.

Claims (7)

1. Elektrischer Widerstand (1), bestehend aus einer Wider­ standszone (2) und Anschlüssen (3, 3'), wobei die Anschlüsse (3, 3') mit elektrisch leitenden Stromzuleitungen (4, 4') verbunden sind, die als Stromschienen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die Stromzuleitungen (4, 4') parallel zueinander verlau­ fen und an dem dem Widerstand (1) abgewandten Ende als An­ schlußkontakte (6, 6') ausgebildet sind, und
dass zwischen den Stromzuleitungen (4, 4') eine elektrisch isolierende, thermisch gut leitende Schicht (5) angeordnet ist.

2. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Konstruktion aus Widerstand (1) und Zulei­ tungen, mit Ausnahme der Anschlußkontakte (6, 6'), von einer elektrisch isolierenden, thermisch gut leitenden Schicht (5') umgeben ist.

3. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die von der elektrisch isolierenden, thermisch gut leitenden Schicht (5') umgebene Konstruktion von einer elektrisch und thermisch gut leitenden Schicht (7) umgeben ist.

4. Elektrischer Widerstand nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen (4, 4') ineinander verzahnt sind.

5. Elektrischer Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen (4, 4') koaxial ausgebildet sind.

6. Elektrischer Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen (4, 4') als ge­ schichtete oder nach Art eines Wickelkondensators aufgeroll­ te, durch elektrisch isolierende, thermisch gut leitende Schichten (5) voneinander getrennte Stromschienen ausgeführt sind.

7. Elektrischer Widerstand nach einem der vorhergehender An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten, Wärme oder Kälte produzierenden Bauteilen und dem elektri­ schen Widerstand eine Schutzbarriere aus thermisch nicht lei­ tendem Material angeordnet ist.