DE2724095B2 - Einrichtung zur Messung der Parameter von Mikrodrähten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung Her Parameter von Mikrodrähten, wie im Oberbegriff des Anspruchs I dargestellt.

Die Erfindung kann für die Kontrolle des Widerstandes je Längeneinheit und des Temperaturkoeffizienten des Mikrodrahtwiderstandes, aus welchem verschiedene Wirkelemente und Vorrichtungen hergestellt werden, erfolgreich verwendet werden.

In den Elementen der elektronischen Hochfrequenzanlagen und in den Automatisierungsmitteln finden 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.
ί Gut bekannt sind Einrichtungen zur Messung der Mikrcdrahtparameter, welche zur Kontrolle des Temperaturkoeffizienten eines Widerslandes zusammen mit einem Thermostat verwendet werden. Im Thermostat wird das Probestück eines Mikrodrahies auf die vorgegebene Temperatur erwärmt.

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 Beschickung gesunken ist, sowie zur Durchwärmung des Probestückes viel Zeit verlorengeht.

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.
Außerden; erfordern diese Einrichtungen einen großen Verbrauch an Elektroenergie.

Bekannt ist auch eine Einrichtung zur Messung der Parameter von Mikrodrähten (s. UdSSR-Urheberschein Nr. I 65 824), in welcher das Probestück durch den durch diese fließenden Strom auf eine vorgegebene

JO Temperatur erwärmt wird. Diese Einrichtung enthält eine elektrische Meßbrücke. Den ersten Zweig dieser Brücke bildet das Probestück 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 Schahergriffen des Widerstandssatzes sind Skalen angebracht, die zum Abzählendes 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.

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 Salz von Widerständen, der als regelbarer Teil des Spannungsteilers dient, enthält einen Extraschalter, auf dessen Griffen Skalenscheiben zum Ablesen der Größe des Temperaturkoeffizienten des Mikrodrahtwiderstandes ausgeführt sind. Zwischen den gemeinsamen Punkt des zweiten und des dritten

Zweiges und den gemeinsamen Punkt des vierten und des ersten Zweiges ist ein Galvanometer geschaltet, das 7>im Anzeigen des Gleichgewichts der elektrischen Meßbrücke dient. Die regelbare Stromquelle ist zwischen den gemeinsamen Punkt des ersten und des zweiten Zweiges und den gemeinsamen Punkt des dritten und des vierten Zweiges der elektrischen Meßbrücke geschaltet.

In dieser Einrichtung wird das Probestück des Mikrodrahtes durch den Meßstrom in einer Zeit von ι ο einigen bis zu f inigen Zehn Millisekunden erwärmt. Die für die Erwärmung des Probestücks auf die vorgegebene Temperatur erforderliche Leistung wild auf dem Wattmeter eingestellt

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 Stromwickiung fließenden Strom proportional. Der Proporlionalitätskoeffizient hängt dabei von dem ''erhältnis _>o der WiderstandsgröÜen 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 Wattmeter eingestellt werden. Der erste Abgleich erfolgt durch Änderung des Widerstands des Wider-Standssatzes, der als zweiter Zweig der elektrischen Meßbrücke dient. Dabei wird an den .Skalenscheiben dieses Widerstandssatzes der Widerstand des Mikrodrahtes je Längeneinheit abgezählt. Der erste Abgleich der elektrischen Meßbrücke geschieht in der Nullpunkt- j5 stellung der Skalen des dritten Widerstandssatzes des Spannungsteilers.

Bei der zweiten Abgleichung wird die Gleichgewichtsstörung der elektrischen Meßbrücke, hervorgerufen durch Änderung des Widerstandswertes des dritten Widerstandssatzes beseitigt. Dabei wird an den Skalenscheiben des Schalters dieses Widerstandssatzes der Temperaturkoeffizient der Widerstände abgelesen.

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 Parameter von hochohmigen Mikrodrähten erschwert wird.

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.

Beim Messen des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes der Mikrodrähte mit Hilfe dieser μ Einrichtung kann darüber hinaus ein Fehler auftreten, der bei der Kontrolle der Mikrodrähte mit unterschiedlichem Durchmesser entsteht.

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50 Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit der Mikrodrähte.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aulgabe 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 beliebigen: 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 Mikrodraht-Widerstandes sichert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrische Meßbrücke zwei zusätzliche Zweige enthält, welche zwei zwischen ihrem ersten und ihrem zweiten Zweig in Reihe eingeschaltete Widerstände bilden, daß das Verhältnis des Widerstandes des ersten zusätzlichen Zweiges zum Widersland des zweiten zusätzlichen Zweiges dem Verhältnis des Widerstandes des dritten Zweiges zum Widerstand des vierten Zweiges bei der Nullpunktlage des Mittels zum Ablesen des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes gleich ist. der Anzeiger des Abgleichs zwischen den gemeinsamen Punkt de· zusätzlichen Zweige und den gemeinsamen Punkt des dritten und des vierten Zweiges geschaltet, die Stromwicklung des Wattmeters parallel zu den zusätzlichen Zweigen zwischen dem ersten und dem zweiten Zweig der elektrischen Meßbrücke angeschlossen und die Spannungswicklung des Wattmeters zwischen den gemeinsamen Punkt des ersten und des vierten Zweiges und den gemeinsamen Punkt des zweiten und des dritten Zweiges der elektrischen Meßbrücke geschaltet ist.

Zweckmäßig isl ein zusätzlicher Zweipul mit einem regelbaren Widerstand vorhanden, der parallel zur Stroniwicklung des Wattmeters geschaltet wird.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Messung der Parameter der Mikrodrähte weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber den bekannten Einrichtungen auf.

Die Einrichtung gestattet es, im Bereich des technisch Möglichen Mikrodiähte 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.

Gleichzeitig 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 G leichgewicht der elektrischen Meßbrücke aus.

Die erfindungsgemäße 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 Mikrodruhidurchmcsscrs gestattet, parallel zur Stroniwicklungdes Wattmeters erreicht.

Die übrigen Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend bei der Beschreibung eines Ausführungsobjektes und anhand der beigelegten Zeichnung, in der die Prinzipschaltung der liinrichtung zur Messung der Mikrodrahtparameter dargestellt ist, erörtert.

Die Hinrichtung zur Messung der Parameter von Mikrodrähtcn enthält eine elektrische Meßbrücke, deren ersten Zweig das Probestück 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahtes gegebener Länge darstellt Als /weiter Zweig der elektrischen Meßbrücke dient ein Zweipol mit regelbarem Widerstand, der als Widerstandssatz 2 ausgeführt ist. Der Widerstandssat/ 2 ist mit Skalenseheiben 3 versehen, die auf den Griffen seines Schalters (nicht gezeigt) angebracht sind. Die Skalen 3 sind zum Abzählen des Widerstandswertes je Längeneinheit des Probestücks I 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 einem zwischen diese geschalteten kompensierenden Dekadenwiderstand 7 ausgeführt, die als regelbarer Teil des Spannungsteilers 4 dienen. Auf den Griffen des Schalters (nicht gezeigt) ties kompensierenden Dekadenwiderstandes 7 sind Sk^lcnschciben 8 zum Abzählen des Temperalurkoelfi-/leuien der Mikrodrähte ausgeführt.

Zwischen den gemeinsamen Punkt des Probestückes

I des zu kontrollierenden Mikrodrahtes und des Widerslandes 6 des Spannungsteilers 4 und den gemeinsamen Punkt des Widerstandssat/es 2 und des Widerstandes 5 des Spannungsteilers 4 isl die regelbare Stromquelle 9 geschaltet.

Die elektrische Meßbrücke enthüll auch zwei zusätzliche Zweige, als welche die Widerstände 10 und

II dienen. Die Widerstände 10 und 11 sind /wischen deüi Probcsiii-.-k ! des /u kontrollierenden Mikrodrahtes und dem Widerstandssat/ 2 in Reihe geschaltet. Das Verhältnis des Wertes des Widerslandes 10 /um Wert des Widerstandes 11 ist gleich dem Verhältnis des Widerstandswertes des dritten Zweiges /um Widerstandswcrt des vierten Zweiges der elektrischen Meßbrücke bei der Nullpunktlage der Skalenseheiben 8 und des kompensierenden Dekadenwiderstandes 7.

Zwischen den gemeinsamen Punkt der Widerstände 10 und 11 und den mittleren verstellbaren Kontakt (nicht gezeigt) der kompensierenden Dekadenwiderstand 7 des Spannungsteilers 4 isl das Galvanometer 12 geschähet, das zur Anzeige des Brüekengleichgcwichts dient.

Zwischen das Probestück 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahtes und den Widerstandssatz 2 isl parallel zu den Widerständen 10 und 11 die Stromwicklung 13 des Wattmeters geschaltet. Seine Spannungswicklung 14 ist zwischen den gemeinsamen Punkt H de: Probestücks 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahtes und des Widerstandes 6 des Spannungsteilers 4 und den gemeinsamen Punkt des Widerstandssatzes 2 und des Widerslandes 5 des Spannungsteilers 4 geschaltet.

Zur Berücksichtigung des Einflusses der Änderung des Durchmessers des Probestücks 1 des Mikrodrahtes um die Größe des Temperaturkoeffizienten ist parallel zur Stromwicklung 13 des Wattmeters ein Zweipol mit

regelbarem Widerstand geschallet,der als Widerstands salz 15 ausgeführt ist, der einen Umschalter seine: Widerstandswertes (nicht gezeigt) enthält. Die Grille dieses Umschalters (nicht gezeigt) sind in Meßeinhcilei des Durchmessers des Probestücks 1 des Mikrodrähte« geeicht.

Zur Berücksichtigung des Einflusses der Änderung der Temperatur der umgebenden Luft um die Größe des Temperaturkoeffizicnten des Widerstandes des Probe-Stücks 1 des Mikrodrahlcs gibt es in der Einrichtung zwei Zweipole mit gemeinsam regelbaren Widerständen, die als zwei Widcrslandssätzc t6 und 17 ausgeführt sind. Diese Widerstandssätze 16 und 17 sind jeweils mit zwei Umschaltern (nicht gezeigt) verbunden, die eine gemeinsame Achse haben.

Der Widerstandssatz 16 ist in Reihe mit dei Spannungswickliing 14 des Wattmeters geschaltet. Dei Widerstandssatz 17 ist parallel zu den kompensierender Dekadenwiderstand 7 des Spannungsteilers 4 geschal let.

Die Einrichtung zur Messung von Mikrodrahtpara meiern funktioniert folgendermaßen.

Mit Hilfe des Widerstandssatzes 15, dessen Griffe (nicht gezeigt) in Einheiten zur Messung des Mikrodrahldurchmessers geeicht sind, stellt man den Durchmesserwert des Probestücks 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahtes ein. Mil Hilfe von Widerstandssätzen 16 17, deren Griffe (nicht gezeigt) in Einheilen dei Temperauiränderung geeicht sind, stellt man den Teniperaturwcrt der umgebenden Luft ein.

Das Probestück 1 des zu kontrollierenden Mikrodrah les wird an die Stromzuführungen (nicht gezeigt angeschlossen. Die Schalt ergriffe des kompensierender Dekadenwiderstandes 7 stclll man nach den Skalen 8 in die Niillpunkilagc ein. Dann wird der erste Abgleich dei eleklrischcn Meßbrücke durch Änderung des Widerstandes des Widerstandssiilz.es 2 vorgenommen, der al« /weiter Zweig der elektrischen Meßbrücke dient.

Bei Brückcngleichgewichl ist die Verlustleistung air Probestück 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahtes be dem gegebenen Wert seines Durehmessers und be gegebener Temperatur der umgebenden Luft dei Anzeige des Wattmeters proportional. Dies gestatlel es die erforderliche Erwärmung des Probestücks 1 des zi kontrollierenden Mikrodrahtes nach dem Wattmeter zu ermitteln.

Nach dem ersien Abgleich der elektrischen Meßbrükke nach dem Wattmeier mit Hilfe der regelbaren Stromquelle 9 stellt man die Leistung ein. die dei Anfangstemperatur der Messung des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes des Probestücks 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahtes entspricht. Ferner wird die elektrische Meßbrücke durch Änderung des Widerstandswertes des Widerstandssatzes 2 abgcglichen.

Weilerhin wird nach dem Wattmeter mit Hilfe dei regelbaren Stromquelle 9 die Leistung eingestellt welche der Endtemperatur der Messung des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes des Probestückes 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahies entspricht.

Dabei wird die Gleichgewichtsstörung, hervorgerufen durch die Temperaturänderung des Probestücks 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahtes, durch Änderung des Widerstandes des kompensierenden Dekaden-Widerstandes 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.

Aus der obigen 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 Widerstandssatzes 2 ohne Vornahme von irgendwelchen Korrekturen direkt abzulesen.

Die Messung des Widerstandes je Längeneinheit und des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes des Probestücks 1 des zu kontrollierenden Mikrodrahtes erfolgt in der vorgeschlagenen Einrichtung gleichzeitig.

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.

Die erfindungsgemäße Einrichtung erfüllt die modernen Anforderungen an die Meßgenauigkeit des Widerstandes gegossener Mikrodrähte mit einem Widerstandswert je Längeneinheit, 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Messung der Parameter von Mikrodrähten. die eine elektrische Meßbrücke, deren erster Zweig das Probestück des zu kontrollierenden Mikrodrahies gegebener Länge, den zweiten Zweig ein Zweipol mit regelbarem Widerstand, der ein Mittel zum Abzählen des Widerstandswertes je Längeneinheit des Mikrodrahtes aufweist, und deren dritten und vierten Zweig die Zweige eines Spannungsteilers mit regelbarem Teil bilden, der ein Mittel zum Ablesen der Größe des Temperaturkoeffizienten des Mikrodrahtwiderstandes enthält, sowie einen Anzeiger des Abgleichs der elektrischen Meßbrücke, der in eine der Diagonalen der elektrischen Meßbrücke geschaltet ist, eine regelbare Stromquelle, die in eine andere Diagonale der elektrischen Meßbrücke geschaltet ist, ein Wattmeter, dessen Stromwicklung in Reihe mit dem ersten Zweig der elektrischen Meßbrücke gegenüber der regelbaren Stromquelle, und die Spannungswicklung parallel mit dem zweiten Zweig der elektrischen Meßbrücke gegenüber der regelbaren Stromquelle angeschlossen sind, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Meßbrücke zwei zusätzliche Zweige enthält, welche zwei zwischen ihrem ersten und ihrem zweiten Zweig in Reihe eingeschaltete Widerstände (10, H) bilden, daß 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 Ablesen des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes gleich ist, der Anzeige des Abgleichs zwischen den gemeinsamen Punkt der zusätzlichen Zweige und den gemeinsamen Punkt des dritten und des vierten Zweiges geschaltet, die Stromwicklung (13) des Wattmeters parallel zu den zusätzlichen Zweigen zwischen dem ersten und dem zweiten Zweig der elektrischen Meßbrücke angeschlossen und die Spannungswicklung (14) des Wattmeters zwischen den gemeinsamen Punkt des ersten und des vierten Zweiges und den gemeinsamen Punkt des zweiten und des dritten Zweiges der elektrischen Meßbrücke geschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen zusätzlichen Zweipol mit regelbarem Widerstand aufweist, der parallel zu der Stromwicklung(13)des Wattmeters geschaltet ist.