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Die Construction der electrischen Normalwiderstnde der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt.

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XI. Die Cotistruction dele electiaisclte)k
Normatwiderstaiade der Ph,ysikaliscli -Teclmischen
R e i c l ~ a n s t a t t ; von K . l ? e u s s n e i * .
(Mittheiiung aus der Physikalisch-TechnischenReic1isanstalt.J'J
Bei den electrischen Normalwiderstanden sind Urnormale und abgeleitete Normale zu unterscheiden. Die Construction der ersteren sol1 es moglich machen, ihren Widerstandswerth , welcher zweckmassig nahezu gleich 1 Ohm
gewahlt wird , durch eine Ausmessung ihrer geometrischen
Dimensionen zu bestimnien. Das Ohm ist bekanntlich definirt
durch eine Quecksilbersaule von 106 cm Lange und 1 qmm
Querschnitt. Dementsprechend dienen als Urnormale des
electrischen Widerstandes gerade , mit Quecksilber gefullte
Qlasrohre, rleren Lange so abgeglichen ist, dass sie moglichst
genau 106 cm, dividirt durch den in Quadratmillimeter ausgedriickten mittleren lichten Querschnitt des Rohres, betragt.
Die abgeleiteten Normale sollen die Werthe des electrischen
Wjderstandes in einer far den praktischen Qebrauch geeigneten Form darstellen. I h r Werth wird durch Vergleichung
mit den Urnormalen bestimmt. Von solchen abgeleiteten
Normalwiderstanden sind in der Reichsanstalt fortlaufende
Reihen, welche nach der einen Seite bis 10000 Ohm ansteigen, nach der anderen bis zu 0,0,1 Ohm abnehmen, sowohl
in der Form von Einzelwiderstanden wie von Widerstandssatzen hergestellt worden. Die Einzelwiderstande dienen fur
diejenigen Falle, in denen man einen Widerstand von festem
Betrage nothig hat, namentlich als Normale fur die Herstellung anderer Widerstande. Sie besitzen den Vorzug,
dass der Widerstand der Zuleitungsstiicke die Messung am
wenigsten beeinflusst. Widerstandssatze sind dagegen iiberall
da erforderlich, wo ein regulirbarer Widerstand verlangt
wird. Unter den Einzelwiderstanden erfordern diejenigen
1) Aus der Zeitschrift fur Instrumentenkunde 1890, Januar, mit besonderer Genehmigung der Redaction.
140
K. Feussner.
fur kleine Widerstandsbetrage, namentlich in Rucksicht auf
ihre Verwendung bei der Messung hoher Stromstarken,
grossere Abmessungen als die hijheren Widerstande, lsowie
Fig. 1.
zugleich eine Einrichtung fur Abfiihrung betrachtlicher W armemengen. Die Einzelwiderstinde von 0,I Ohm an aufwarts
sind dagegen alle nahezu in denselben Dimensionen gehalten.
Zunachst sollen in dem folgenden Aufsatz die Einzelwider-
Rectrisclie Normaboiderstande.
141
stande fur hohere Betrage beschrieben werden. Die Einzelwiderstgnde fur niedere Betrage, die Normalwiderstandssatze
und die Urnormale des electrischen Widerstandes sollen in
spateren Mittlieilungen behandelt werden.
I. D i e E i n z e l w i d e r s t g n d e f u r hohere Betriige.
Die in Fig. 1 dargestellte Widerstandsbiichse fur 100
Ohm kann als Vertreterin der ganzen Reihe von 0,l Ohm
bis 10000 Ohm dienen. Der Widerstandsdraht besteht bei
allen aus Patentnickel’); er ist auf eine Messingrolle von
40 mm Durchmesser in einer bis hochstens zwei Lagen aufgewickelt. Der Wickelungsraum hat eine Hohe von 50 mm.
Ueber demselben bleibt ein
Stuck von 10 mm Hohe von
Wickelung frei. Hier ist ein
Krtmz von weiten Lochern eingebohrt, welche fur freie Circulation des die Buchse ausfiillenden Erdols dienen. T o r
und nach dem Bewickeln wird
die Xolle mit Schellacklosung
gestrichen und darauf inehrere
Stunden lnng in einem Trockenschrnnke auf 130° erhitzt. Die
Enden des Drahtes sind mit
Silber an Kupferscheibchen gelothet, welche mit den unteren
Enden der kupfernen Zuleitungen verschraubt und verlothet sind. Die Zuleitungen
sind aus 7 mm starkem Kupferdraht gebogen. Ihre Gestalt
Fig. 2.
ist U-formig, mit einem kurzen
und einem langen Schenkel.
Der Widerstand beider Zuleitungen zusammen betragt etwa
0,0,1 Ohm. Der lange Schenkel geht durch den Hartgummideckel der Buchse hindurch und ist mittelst eines aufgelothe1) Zeitschr. f. Instrumentenk. 1889. p. 233,
142
K. Fetcssner.
ten und mit zwei Stellstiften versehenen Flmsches und einer
Doppelmutter mit demselben fest verschraubt. Mit dem
kurzen Schenkel werden bei der Messung die Biichsen in
Quecksilbernapfe von massivem Kupfer eingehangt , wie dies
Fig. 2 naher zeigt. Die Biichsen fur andere Widerstandswerthe unterscheiden sich von der angefiihrten hauptsachlich
durch die Drahtdimensionen. Dieselben sind aus der folgenden Tabelle zu ersehen.
Sollwerth
iu
Ohm
--
Hauptdraht
Niderstand Durchmess.
in Ohm
in0,001 cm
I ??:
1
~
~
0,
0,:
O,!
1
2
5
10
20
50
100
200
500
1000
2000
5000
10000
0,101
0,202
0,505
1,Ol
2,02
4,99
9,99
19,98
49,95
100
200
500
1000
2000
5000
10000
100
25 x 2')
186
311
241
482
70
50
50
40
600
581
1162
1970
94
24
17
14
10
7
6
1430
2860
3450
4700
6200
8200
10000
160
200
160
100
~-
~
10
20
50
100
200
0,Ol
0,Ol
0,02
0,05
1
40
24
14
14
10
394
286
235
470
620
160
160
160
100
6
6
12
12
Die Widerstande sollen moglichst nahe bei 20°, als der
gewohnlichen Temperatur der Beobachtungsraume , ihren
Sollwerth erreichen. Bei den neun ersten Widerstanden ist
die Drahtlange nicht gross genug, urn dieselbe sicher bis
auf einige Hunderttausendstel richtig abgleichen und anlothea zu konnen. Darum wird bei den funf ersten der Widerstand des Eauptdrahtes um 0,Ol grosser als sein Sollwerth
gemacht und ein Nebenschluss von dem hundertfachen Betrage
des Sollwerthes angelegt. Eine Langenanderung des Nebenschlusses urn 4 bis 5 mm andert nun den Gesammtwiderstand
nur um ein Hunderttausendstel. Bei den Widerstandsbuchsen
von 5 bis 50 Ohm wiirde man einen sehr feinen und langen
Nebenschlussdraht nothig haben, wenn man in derselben Weise
1) Es sind 2 Drahte von 125 cm Liinge parallel geschaltet.
Electrisehe Normalwiderstanrle.
143
verfahren wollte. Man kann, um dies zu vermeiden, den
Nebenschluss entweder an einen kleinen Theil des Hauptdrahtes anlegen oder auch das eine Ende des Hauptdrahtes
durch ein Zusatzstuck dickeren Drahtes verlangern. An dem
diinnen Ende wird dann die vorlaufige, an dem dicken die
letzte Abgleichung vorgenommen.
Der Widerstand der Zuleitungen ist so gering, dass
seine Aenderung mit der Temperatur und die Unterschiede,
welche durch tieferes oder flacheres Eintauchen der kurzen
Schenkel in das Quecksilber herbeigefuhrt werden kijnnen,
bei allen grosseren Widerstlinden bis zu 1 Ohm einschliesslich jedenfalls zu vernaohlassigen sind. Bei feinen Messungen
der kleineren Widerstande konnten diese Unterschiede merklich werden. Darum werden bei ihnen die Zuleitungen 10mm
stark genommen, und 10 mm vom Ende des kurzen Schenkels wird eine Marke angebracbt, welche die richtige Hohe
des Quecksilbers in den Napfchen bezeichnen soll. Die
Widerstandsbuchsen fur 1000 bis 10000 Ohm werden ausser
mit Quecksilbercontacten auch mit Schraubenklemmen ausgefuhrt.
Die Lothungen an den Widerstandsdr+hten werden ausnahmslos mit Silherloth hergestellt, und zwar werden die
Drahte stumpf gegen einander oder gegen die zur Verbindung rnit den Zuleitungen dienenden Kupferscheibchen gelothet , mit Vermeidung eines Ueberschusses von Silber.
Dieses Verfahren ist nicht allein sehr zweckmiissig. um genau abgemessene Drahtlangen richtig einlathen zu konnsn,
es ist auch erforderlich , um eine nachtriigliche Aenderung
des Widerstandes an den Lijthstellen auszuschliessen. Alle
Nickellegirungen lassen sich etwas schwer verzinnen, namentlich wenn man die Benutzung von Lothwasser ausschliesst,
was bei diesen Apparaten selbstverstandlich der Fall sein
muss. Aus diesem Grunde vermuthlich kommt es auch bei
sorgfaltig hergestellten und glatt geflossenen Lothungen
haufig vor, dass das Zinn nachtraglich urn den Draht herum
feins Risse bekommt und der Widerstand infolge dessen merklich wachst. Bei Silberlothungen sind derartige Unregelmassigkeiten ausgeschlossen.
Ein noch erheblicherer Grund fur eine Verbderliehkeit
144
K. Feussner.
der Widerstande lag seither in dem Material selber, solange
man die zinkhaltigen Nickelkupferlegirungen , Neusilber und
Nickelin, benutzte. Untersuchungen der Reichsanstalt uber
dtts Material fur Messwiderstande, welche diesen Uebelstand
beseitigen sollten, sind bereits in der Zeitschrift fur Instrumentenkunde (1889 p. 233) kurz mitgetheilt worden. Nach denselben wird durch Verwendung von Patentnickel an Stelle der
frilher benutzten Materialien jene Veriinderlichkeit, wie es
scheint, ganz beseitigt. Das Patentnickel ist die zinkfreie
Nickelkupferlegirung , welche auch zu den Reichsnickelmunzen dient (75 Proc. Cu, 25 Proc. Ni).I)
I n der angefuhrten Mittheilung waren auch bereits einige
Angaben uber das von uns untersuchte Mangankupfer und
Nickelmangankupfer enthalten. Die Fortsetzung der Untersuchungen hat die Erwartung bestarkt, dass diese Legirungen ein vorzugliches Material fur Messwiderstande abgeben
werden. Die Bestandigkeit des Widerstandes scheint der des
Patentnickels gleichzukommen ; dthei erreicht die Aendsrung
des Widerstandes mit der Temperatur innerhalb der gewohnlichen Temperaturgrenzen noch nicht den zehnten Theil derjenigen hei den sonst benutzten Widerstandsdrahten. Die
erste grossere Partie von Mangankupferdrlhten ist augenblicklich in Arbeit begriffen, und es ist Hoffnung vorhanden,
dass man bald das Patentnickel bei den Normalwiderstanden
durch Mangaukupfer ersetzen kann. Dedurch wurde ein weiter Fortschritt i n der Verfeinerung der Widerstandsmessungen erreicht sein. Qegenwartig ist die genaue und sichere
Ermittelung der Temperatur des Drahtes unter den bei der
Widerstandsvergleichung erforderlichen Bestimmungen die
schwierigste. Um den Widerstand bis auf ein Hunderttausendstel seines Betrages angeben zu konnen, muss man bei
Patentnickel die Temperatur wenigstens bis auf 0,050 bestimmen. Durch den Messstrom wird in dem Draht Wiirme
1) Die Bezeichnung ,,Patentnickel", welche die Herren B a s s e und
S e l v e in Altena diesem Material gegeben haben, bezieht sich auf das
Herstellungsverfahren, welches dieser Firirm patentirt ist. Nach demiselben
wird durch einen Zusatz von etwa 0,3 Proc. Mangan ELI den Erzen bei
dem Schmelzen eine Reduction der in den1 Metalle gelosten Oxyde herbeigefiihrt und das Material dadurch schmiedbnr gemacht.
145
Electrische Normalwidemtande.
erzeugt; weshalb man darauf bedacht sein muss, zwischen
dem Draht und dem Thermometer einen moglichst guten
Warmeausgleich stattfinden zu lassen. Die Drahte fur Messwiderstande werden daher bei der Reichsanstalt immer auf
weite Messingrollen in nur einer bis zwei Lagen aufgewickelt.
Bei allen feinen Messungen werden die Widerstandsrollen
sammt einem in zwanzigstel Grade getheilten Thermometer
in eine isolirende, leicht bewegliche Flussigkeit eingesenkt,
welche den Temperaturausgleich zwischen Draht und Thermometer vermittelt und die entwickelte Warme dem Drahte
schnell entzieht. Die Erwarmung des Drahtes war unter
dieson Umstanden bei von uns angestellten Versuchen ein
Fiinftel bis ein Sechstel v o ~derjenigen, welche eine entsprechende Rolle eines Widerstandssatzes der gewohnlichen
Form zeigte. Als Flussigkeit wird am zweckmiissigsten gutes,
saurefreies Erdol genommen. Fig. 2 (p. 141) zeigt die Form
des Bades und die Aufhangung von mehreren Buchsen in
demselben zum Zwecke der Widerstandsvergleichung. Die
Zuleitungen lasst man noch etwa 3 cm lang in das Oel eintauchm, damit nicht etwa die von der Temperatur des Bades in der Regel etwas abweichende Lufttemperatur auf den
Widerstandsdraht einwirken konne. F u r Bewegung der
Fliissigkeit wird in der Weise gesorgt, dass oin Geblase fortwahrend durch eine neben dem Thermometer in die Biichse
eingefuhrte Glasrohre Luft einblast.
Sobald geeignete Legirungen von Mangankupfer fur die
Widerstandsdrahte zur Verwendung kommen, ist zwar fur
Erlangung einer Genauigkeit der Widerstandsmessung bis
auf ein Hunderttausendstel die Temperaturbestimmung bis
auf einen halben Grad ausreichend, doch wird man gut thun,
auch dann noch das Oelbad und die vorstehend beschriebene
Form der Widerstandsbuchsen beizubehalten, damit man mit
starkerem Messstrome arbeiten kann und mit einer geringeren Empfindlichkeit des Galvanometers auskommt.
Physika1.-Techn. Reichsanstalt z u , C h a r l o t t e n b u r g ,
im December 1889.
Anu. d. Phya. u. Cham. N. F. SL.
10
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