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Bescilreibung
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Dic vorliegende Erfindung bezieht sich auf die elektrische Meßtechnik,
insbesondere auf eine Sinriclltung zur Messung der Parameter von FEkrodrähten.
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Die Erfindung kann für die Kontrolle des Widerstandes Je LEngeneinheit
und des Temperaturkoef.fizienten des Mikrodrahtwiderstandes, aus welchem verschiedene
Wirkelemente und Vorrichtungen hergestellt werden, erfolgreich verwendet werden.
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In den Elementen der elektronischen Hochfrequenzanlagenund in den
Automatisierungsmittelnfinden Drähte mit Mikrometerdurchmesser breite Anwendung.
Durch die Erweiterung des Temperaturbereiches des Einsatzes dieser Elemente rückt
die Aufgabe der Untersuchung der elektrischen Eigenschaften des Mikrodrahtes bei
Temperaturen bis zu etlichen hundert Grad in den Vordergrund. Das bezieht sich insbesondere
auf solche Parameter wie den Widerstandskoeffizienten, den Wärmeausdehnungskoeffizienten
u.a.m.
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Gut bekannt sind Einrichtungen zur Messung der Mikrodrahtparameter,
welche zur Kontrolle des Temperaturkoeffizienten eines Widerstandes zusammen mit
einem Thermostat verwendet werden. Im Thermostat wird das Probestück eines Mikrodrahtes
auf die vorgegebene Temperatur erwärmt.
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Diese Einrichtungen zeichnen sich jedoch durch eine geringe Leistungsfähigkeit
aus, weil zur Beschickung des Thermostaten mit dem Probestück des Mikrodrahtes,
zur Wiederherstellung der Temperatur des Thermostaten, die nach der Beschikkung
gesunken ist, sowie zur Durchwärmung des Probestückes
viel Zeit
verlorengeht.
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Infolge der Erwärmung der Kontakte an den Anschlußstellen des Mikrodrahtes
und der Stromzuführungen konnten darüber hinaus bei hohen Temperaturen Variationen
des Widerstandswertes des Probestücks festgestellt werden, was zum Entstehen von
Meßfehlern-führte.
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Außerdem erfordern diesc Einrichtungen einen großen Verbrauch an Elektroenergie.
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Bekannt ist auch eine Einrichtung zur Messung der Parameter von Mikrodrähten
(s. UdSSR-Urheberschein Nr. 165 824), in welcher das Probestück durch den durch
diese fließenden Strom auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt wird. Diese Einrichtung
enthält eine elektrische Meßbrücke. Den ersten Zweig dieser Brücke bildet das Probe
stUck des zu kontrollierenden Mikrodrahtes vorgegebener Länge, welches frei hängend
zwischen in einer Kammer untergebrachten Stromzuführungen gespannt ist. Als sein
zweiter Zweig dient ein Zweipol mit regelbarem Widerstand, der als ein Widerstandssatz
ausgeführt ist. An den Schaltergriffen des Widerstandssatzes sind Skalen angebracht,
die zum Abzählen des Widerstandswertes je Längeneinheit bestimmt sind. Als dritter
und vierter Zweig der elektrischen Meßbrücke dienen Zweige des Spannungsteilers
mit einem regelbaren Teil. Der Spannungsteiler ist als im dritten Zweig der elektrischen
Meßbrücke hintereinander geschalteter Festwiderstand und ein Widerstandssatz, sowie
als in ihrem vierten Zweig hintereinander geschalteter Festwiderstand und beide
(der zweite und der dritte) Widerstandssätze ausgeführt.
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Die Einrichtung enthält auch ein Wattmeter. Die Stromwicklung des
Wattmeters ist an eine regelbare Stromquelle und an den gemeinsamen Punkt des ersten
und zweiten Zweiges der elektrischen Meßbrücke in Reihe angeschlossen. Die Spannungswicklung
des
Wattmeters ist parallel zu dem zweiten Zweig der elektrischen Meßbrücke geschaltet.
An die Spannungswicklung ist der vierte Widerstandssatz in Reihe angeschlossen.
Der erste, zweite und vierte Widerstandssatz sind jeweils mit einem von drei auf
einer gemeinsamen Achse angeordneten Schaltern verbunden, die für die Einführung
in die Ergebnisse der Messung der Parameter der Mikrodrähte eines Berichtigungskoeffizienten
dienen, der mit den Schwankungen der Temperatur der umgebenden Luft zusammenhängt.
Der dritte Satz t von Widerständen, der als regelbarer Teil des Spannungsteilers
dient, enthält einen Extraschalter, auf dessen Griffon Skalenscheiben zum Ablesen
der Größe des Temperaturkoeffizienten des Mikrodrahtwiderstandes ausgeführt sind.
Zwischen den gemeinsamen Punkt des zweiten und des dritten Zweiges tnd den gemeinsamen
Punkt des vierten und des ersten Zweiges ist ein ealvanometer geschaltet, das zum
Anzeigen des 4leichgewichts der elektrischen Meßbrücke dient. Die regelbare Stromquelle
ist wischen den gemeinsamen Punkt des ersten und des zweiten Zweiges und den gemeinsamen
Punkt des dritten und des vierten Zweiges der elektrischen Meßbrücke geschaltet.
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Tn dieser Einrichtung wird das Probestück des Mikrodrahtes durch den
Meßstrom in einer Zeit von einigen bis zu einigen Zehn Millisekunden erwärmt. Die
für die Erwärmung des Probestücks auf die vorgegebene Temperatur erforderliche Leistung
wird auf dem Wattmeter eingestellt.
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Bei Brückengleichgewicht ist die Spannung an der Spannungswicklung
des Wattmeters der Spannung am Probestück gleich, und der durch das Probestück des
Mikrodrahtes fließende Strom dem durch die Stromwicklung fließenden Strom proportional.
Der Proportionalitätskoeffizient hängt dabei von dem Verhältnis der Widerstandsgrößen
der Zweige des Spannungsteilers ab. Bei Brückengleichgewicht und bei geringen Abweichungen
vom Gleichgewicht ist also die an das Probestück gelegte Spannung der Anzeige des
Wattmeters proportional
Der Abgleich der elektrischen Meßbrücke
wird aufeinanderfolgend bei zwei Temperaturen des Probestücks des Mikrodrahtes vorgenommen,
die mit dem Wattmetereingestellt werden. Der erste Abgleich erfolgt durch Änderung
des Widerstands des Widerstandssatzes, der als zweiter Zweigder elektrischen Meßbrücke
dient. Dabei wird an den Skalenscheiben dieses l.riderstandssatzes der Widerstand
des Mikrodrahtes je Längeneinheit abgezählt. Der erste Abgleich der elektrischen
Meßbrücke geschieht in der Nullpunktstellung der Skalen des dritten Widerstandssatzes
des Spannungsteilers.
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Bei der zweiten Abgleichung wird die Gleichgewichtsstörung der elektrischen
Meßbrücke, hervorgerufen durch Änderung des Widerstandswertes des dritten Widerstandssatzes
beseitigt.
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Dabei wird an den Skalenscheiben des Schalters dieses Widerstandssatzes
der Temperaturkoeffizient der Widerstände abgelesen.
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In der oben beschriebenen Einrichtung ist es erforderlich, die Spannungswicklung
des Wattmeters parallel zum zweiten Zweig der elektrischen Meßbrücke zu schalten
(eine andere Zuschaltung der Spannungswicklung ist in dieser Einrichtung nicht möglich).
Es erweist sich dabei, daß erstens die Einstellung eines Widerstandswertes, der
größer ist als in dem zweiten Zweig der Widerstandswert der Spannungswicklung des
Wattmeters nicht möglich ist, wodurch die Messung der Parame ter von hochohmigen
Mikrodrähten erschwert wird.
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Die Abzählung des Widerstandswertes je Längeneinheit nach den Skalenscheiben
des Widerstandssatzes, der als zweiter Zweig der Meßbrücke dient, erweist sich zum
anderen als dem Widerstand des Mikrodrahtprobestückes nicht proportional. Dies macht
eine gleichzeitige Messung des Temperaturkoeffizienten und des Widerstandes des
Mikrodrahtes je Längeneinheit ohne
Korrekturen unmöglich, welche
die erwähnte Nichtproportionalität des Ablesens berücksichtigen.
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Beim Messen des Temperaturkoeffizientendes Widerstandes der Mikrodrähte
mit Hilfe dieser Einrichtung kann darüber hinaus ein Fehler auftreten, der bei der
Kontrolle der Mikrodrähte mit unterschiedlichem Durchinesser entsteht.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit
der Mikrodrähte.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
zur Messung der Parameter von Mikrodrähten zu schaffen, welche eine solche Schaltung
von Wattmeterwicklungen hat, die eine Vereinfachung der Widerstandsmessung der Mikrodrähte
je Längeneinheit und die Möglichkeit der Kontrolle der Mikrodrähte mit beliebigem
Widerstand je Längeneinheit gewährleistet, und die Durchführung der Korrekturen,
welche die Änderung des Temperaturkoeffizienten des Mikrodrahtwiderstandes bei einer
änderung seines Durchmessers berücksichtigt, sowie eine Erhöhung der Meßgenauigkeit
des Mikrodrahtwiderstandes sichert.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Einrichtung zur Messung
der Mikrodrahtparameter, welche eine elektrische Meßbrücke enthält, deren erster
Zweig das zu kontrollierende Probestück gegebener Länge bildet, als deren zweiter
Zweig ein Zweipol mit regelbarem Widerstand dient, der über ein Mittel zum Abzählen
der Größe des Mikrodrahtwiderstandes je Längeneinheit verfügt, und als deren dritter
und vierter Zweig die Zweige des Spannungsteilers mit regelbarem Teil dienen, der
ein Mittel zum Abzählen der Größe des Temperaturkoeffizienten des Mikrodrahtwiderstandes
hat, sowie einen Abgleichanzeiger der elektrischen Meßbrücke, der in eine der Diagonalen
der elektrischen Brücke geschaltet ist, eine in die andere Diagonale der elektrischen
Brücke geschaltete regelbare
Stromquelle, ein Wattmeter, dessen
Stromwicklung in den ersten Zweig der elektrischen Meßbrücke in Reihe zur regelbaren
Stromquelle, und die Spannungswicklung parallel zum zweiten Zweig der elektrischen
Meßbrücke gegenüber der regelbaren Stromquelle geschaltet sind, enthält, die elektrische
Meßbrücke erfindungsgemäß zwei zusätzliche Zweige hat, als welche in Reihe zwischen
ihrem ersten und zweiten Zweig geschaltete Widerstände dienen, wobei das Verhältnis
des Widerstandes des ersten zusätzlichen Zweiges zum Widerstand des zweiten zusätzlichen
Zweiges dem Verhältnis des Widerstandes des dritten Zweiges zum Widerstand des vierten
Zweiges bei der Nullpunktlage des Mittels zum Abzählen der Größe des Temperaturkoeffizienten
des Widerstandes gleich ist, der Abgleichanzeiger zwischen dem gemeinsamen Punkt
des dritten und des vierten Zweiges, die Stromricklungdes Wattmeters parallel zu
den zusätzlichen Zweigenzwischen dem ersten und dem zweiten Zweig der elektrischen
Meßbrücke, die Spannungswicklung des Wattmeters zwischen dem gemeinsamen Punkt des
ersten und des vierten Zweiges und dem gemeinsamen Punkt des zweiten und des dritten
Zweiges der elektrischen Meßbrücke geschaltet ist.
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Zweckmäßig ist ein zusätzlicher Zweipol mit einem regelbaren Widerstand
vorhanden, der parallel zur Stromwicklung des Wattmeters geschaltet wird.
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Die vorgeschlagene Einrichtung zur Messung der Parameter der Mikrodrähte
weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber den bekannten Einrichtungen auf.
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Die vorgeschlagene Einrichtung gestattet es, im Bereich des technisch
Möglichen Mikrodrähte mit beliebigem Widerstand je
Längeneinheit
zu kontrollieren und eine direkte Anzeige seiner Größe ohne irgendwelche Korrekturen
mit Hilfe der Mittel zum Abzählen des Wertes des Widerstandes je Längeneinheit vorzunehmen,
das in den zweiten Zweig der elektrischen Meßbrücke geschaltet ist. Das wird durch
die zusätzlichen Zweige erreicht, welche die oben beschriebene Einschaltung der
Wattmeterwicklungen gewährleisten. Der Widerstandswert der Spannungswicklung des
Wattmeters hat dabei keinen Einfluß auf Ergebnisse des Abzählens des Mikrodrahtwiderstandswertes
je Längeneinheit.
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1eichzeitig übt dank der Proportionalität der Widerstandsgrößen der
zusätzlichen Zweige der elektrischen Meßbrücke zu den Widerstandsgrößen der Zweige
des Spannungsteilers bei der Nullpunktlage des Anzeigers des Temperaturkoeffizienten
des Widerstandes die Größe des Widerstandes der Stromwicklung des Wattmeters keinen
wesentlichen Einfluß auf das Gleichgewicht der elektrischen Meßbrücke aus.
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Die vorgeschlagene Einrichtung gestattet es darüber hinaus, die Fehler
beim Messen des Temperaturkoeffizienten des Mikrodrahtwiderstandes zu beseitigen,
die durch verschiedene Durchmesser der zu kontrollierenden Mikrodrähte bedingt sind.
Das wird durch Einschalten eines zusätzlichen Zweipols mit regelbarem Widerstand,
der die Berücksichtigung der Änderung des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes
bei Änderung des Mikrodrahtdurchmessers gestattet, parallel zur Stromwicklung des
Wattmeters erreicht.
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Die übrigen Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend
bei der Beschreibung eines AusfUhrungsob-Wertes und anhand der beigelegten Zeichnung,
in der die Prinzipschaltung der Einrichtung zur Messung der Mikrodrahtparameter
dargestellt ist, erörtert.
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Die Einrichtung zur Messung der Parameter von Mikrodrähten
enthält
eine elektrische Meßbrücke, deren ersten Zweig das Probestück 1 des zu kontrollierenden
Nikrodrahtes gegebener Länge darstellt. Als zweiter Zweig der elektrischen Meßbrücke
dient ein Zweipol mit regelbarem Widerstand, der als Widerstandssatz 2 ausgeführt
ist. Der Widerstandssatz 2 ist mit Skalenscheiben 3 versehen, die auf den Griffen
seines Schalters (nicht gezeigt) angebracht sind. Die Skalen 3 sind zum Abzählen
des Widerstandsertes je Längereinheit des Probestücks 1 des zu kontrollierenden
Mikrodrahts bestimmt. Als dritter und vierter Zweig der elektrischen Meßbrücke dienen
Zweige eines Spannungsteilers 4. Der Spannungsteiler 4 ist in Form von zwei Widerständen
5, 6 und zwischen diesen geschalteten kompensierenden Feissner- Wolf-Delzden 7 ausgeführt,
die als regelbarer Teil des Spannungsteilers 4 dienen.
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Auf den Griffen des Schalters (nicht gezeigt) der kompensierenden
Feissner-Wolf-Dekaden 7 sind Skalenscheiben 8 zum Abzählen des Temperaturkoeffizienten
der Mikrodrähte ausgeführt.
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7wischen den gemeinsamen Punkt des Probe stücks 1 des zu kontrollierenden
Mikrodrahtes und des Widerstandes 6 des Spannungsteilers 4 und den gemeinsamen Punkt
des Widerstandssatzes 2 und des Widerstandes 5 des Spannungsteilers 4 ist die regelbare
Stromquelle 9 geschaltet.
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Die elektrische Meßbrücke enthält auch zwei zusätzliche Zweige, als
welche die Widerstände 10 und 11 dienen. Die Widerstände 10 und 11 sind zwischen
dem Probestück 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahtes und dem Widerstandssatz 2
in Reihe geschaltet. Das Verhältnis des Wertes des Widerstandes 10 zum Wert des
Widerstandes 11 ist dem Verhältnis des Widerstandswertes des dritten Zweiges zum
Widerstandswert des vierten Zweiges der elektrischen Meßbrücke bei der Nullpunktlage
der Skalenscheiben 8 und der kompensierenden Feissner-Wolf-Dekaden 7 gleich.
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Zwischen den gemeinsamen Punkt der Widerstände 10 und 11 und den mittleren
verstellbaren Kontakt (nicht gezeigt) der kompensierenden Feissner-Wolf-Dekaden
7 des Spannungsteilers 4 ist das Galvanometer 12 geschaltet, das zur Anzeige des
Brükkengleichgewichts dient.
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Zwischen das Probestück 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahtes und
den Widerstandssatz 2 ist parallel zu den Widerständen 10 und 11 die Stromwicklung
13 des Wattmeters geschaltet, Seine Spannungswiclclung 14 ist zwischen den gemeinsamen
Punkt H des Probestücks 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahtes und des Widerstandes
6 des Spannungsteilers 4 und den gemeinsamen Punkt des Widerstandssatzes 2 und des
Widerstandes 5 des Spannungsteilers 4 geschaltet.
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Zur Berticksichtigung des Einflusses der Änderung des Durchmessers
des Probe stücks 1 des Mikrodrahtes um die Größe des Temperaturkoeffizienten ist
parallel zur Stromwicklung 13 des 'attmeters ein Zweipol mit regelbarem Widerstand
geschaltet, der als Wlderstandssatz 15 ausgeführt ist, der einen Umschalter seines
Widerstandswertes (nicht gezeigt) enthält.
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Die Griffe dieses Umschalters (nicht gezeigt) sind in Meßeinheiten
des Durchmessers des Probe stücks 1 des Mikrodrahtes geeicht.
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Zur Berücksichtigung des Einflusses der Änderung der Temperatur der
umgebenden Luft um die Größe des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes des Probe
stücks. 1 des Mikrodrahtes gibt es in der Einrichtung zwei Zweipole mit gemeinsam
regelbaren Widerständen, die als zwei Widerstandssätze 16 und 17 ausgeführt sind.
Diese Widerstandssätze 16 und 17 sind jeweils mit zwei Umschaltern (nicht gezeigt)
verbunden, die eine gemeinsame Achse haben.
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Der Widerstandssatz 16 ist in Reihe mit der Spannungswicklung 14 des
Wattmeters geschaltet. Der Widerstandssatz 17
ist parallel zu den
kompensierenden Feissner-Wolf-Dekaden 7 des Spannungsteilers 4 geschaltet.
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Die Einrichtung zur Messung von Mikrodrahtparameternfunktioniert folgendermaßen.
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Mit Hilfe des Widerstandssatzes 15, dessen Griffe (nicht gezeigt)
in Einheiten zur Messung des Mikrodrahtdurchmessers geeicht sind, stellt man den
Durchmesserwertdes Probostücks 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahtes ein. Mit Hilfe
von Widerstandssätzen 16, 17, deren Griffe (nicht gezeigt) in Einheiten der Temperaturänderung
geeicht sind, stellt man den Temperaturwert der umgebenden Luft ein.
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Das Probestück 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahtes wird an die
Stromzuführungen (nicht gezeigt) angeschlossen. Die Schaltergriffe 7 der ersetzenden
Feissner-Wolf-Dekaden 7 stellt man nach den Skalen 8 in die Nullpunktlage ein. Dann
wird der erste Abgleich der elektrischen Meßbrücke durch Anderung des Widerstandes
des Widerstandssatzes 2 vorgenommen, der als zweiter Zweig der elektrischen Meßbrücke
dient.
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Bei Brückengleichgewicht ist die Verlustleistung am Probestück 1 des
zu kontrollierenden Mikrodrahtes bei dem gegebenen Wert seines Durchmessers und
bei gegebener Temperatur der umgebenden Luft der Anzeige des Wattmeters proportional.
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Dies gestattet es, die erforderliche Erwärmung des Probestücks 1 des
zu kontrollierenden Mikrodrahtes nach dem Wattmeter zu ermitteln.
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Nach dem ersten Abgleich der elektrischen Meßbrücke nach dem Wattmeter
mit Hilfe der regelbaren Stromquelle 9 stellt man die Leistung ein, die der Anfangstemperatur
der Messung des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes des Probe stücks 1 des
zu kontrollierenden Mikrodrahtes entspricht. Ferner wird die elektrische Meßbrücke
durch Änderung des Widerstandswertes
des Widerstandssatzes 2 abgeglichen.
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Weiterhin wird nach dem Wattmeter mit Hilfe der regelbaren Stromquelle
9 die Leistung eingestellt, welche der Endtemperatur der Messung des Temperaturkoeffizienten
des Widerstandes des Probe stücks 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahtes entspricht.
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Dabei wird die Gleichgewichtsstörung, hervorgerufen durch die Temperaturänderung
des Probestücks 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahtes, durch Änderung des Widerstandes
der kompensierenden Feissner-Wolf-Dekaden 7 des Spannungsteilers 4 beseitigt. Auf
den Skalen 3 des Widerstandssatzes 2 wird der Widerstandswert je Längeneinheit des
Probestücks 1 und auf den Skalenplatten 8 der kompensierenden Feissner-Wolf-Dekaden
7 der Temperaturkoeffizient des Widerstandes abgezählt.
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Aus der oben dargelegten Wirkungsweise der Einrichtung geht hervor,
daß die erfindungsgemäße Zuschaltung der Stromwicklung 13 des Wattmeters und deren
Wicklung 14 es gestattet, im Bereich des technisch Möglichen, Mikrodrähte mit beliebigem
Widerstand je Längeneinheit zu kontrollieren und seinen Wert auf Skalen 3 des Widerstands
satzes 2 ohne Vornahme von irgendwelchen Korrekturen direkt abzulesen.
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Die Messung des Widerstandes je Längeneinheit und des Temperaturkoeffizienten
des Widerstandes des Probe stücks 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahtes erfolgt
in der vorgeschlagenen Einrichtung gleichzeitig.
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Wie oben bereits gezeigt, wird in der vorgeschlagenen Einrichtung
darüber hinaus die Änderung des Durchmessers des Probestücks 1 des Mikrodrahtes
und der Umgebungstemperatur bei Messung des Temperaturkoeffizienten des Mikrodrahtwiderstandes
auf denkbar einfache Weise berücksichtigt.
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Die vorgeschlagene Einrichtung erfüllt die modernen Anforderungen
an die Meßgenauigkeit des Widerstandes gegossener Mikrodrähte mit einem Widerstandswert
äeLängeneinheit, der in einem Bereich von 5 Kiloohm/m bis 1000 Kiloohm/m liegt und
mit einem Temperaturkoeffizienten des Widerstandes, der in einem Bereich + 100 10
6 K-1 liegt.