Normal-Messwiderstände

Die Normal-Widerstände haben die bekannte von der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt (PTR) angegebene Form, in der sie sich in der ganzen Welt eingeführt und bewährt haben. Ebenso erfolgt ihre Herstellung entsprechend den Angaben der PTR. [2].

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H&B Normal-Widerstand 1 Ω mit PTR-Eichmarke von 1895

Normal-Widerstände sind Einzelwiderstände aus besonders ausgewähltem Widerstandsmaterial; das verwendete Manganin hat einen spezifischen Widerstand von 0,43 Ω/m/mm2 und einen Temperaturkoeffizienten, der bei 20 C zwischen - 10*10-6/grd und + 20*10-6/grd liegt.

Normal-Widerstände werden gemäß den Forderungen der PTR so abgeglichen, daß sie in ruhender Luft bei Temperaturen zwischen 15 und 25 C und bei jeder Belastung bis zum Nennstrom eine Toleranz von + 0,02% vom richtigen Wert einhalten. Der Abgleich erfolgt entsprechend dem Beschluß der PTR grundsätzlich in absoluten Ohm (1,00049 Ω abs = 1 Ω int; 1,00000 Ω abs = 0,99951 Ω int). Die Widerstände werden vor dem Abgleich künstlich und natürlich gealtert.

Den Normal-Widerständen wird ein Prüfschein mitgeliefert, in dem der Widerstandswert nach Erreichen des Wärmegleichgewichtes bei geringer Belastung (unter 1 W) sowie bei 33, 67 und 100% des zulässigen Dauerstromes in ruhender Luft von 20 C angegeben ist.

Werden die Normal-Widerstände in ein Petroleumbad zwecks rascher Abführung der entwickelten Wärme gehängt, kann mindestens die dreifache Strombelastung zugelassen werden, wenn durch ausreichende Wärmeableitung die Übertemperatur des Petroleums kleiner als 15 C gehalten wird [29].

 

Zur Definition der Einheit des elektrischen Widerstandes

Die Einheit des elektrischen Widerstandes, das Ohm, hat ein Leiter, durch den bei der Spannung von 1 V ein Strom von 1 A fließt.

Diese heutige gültige Definition gab es um 1850 noch nicht. Jacobi hatte in dieser Zeit versucht ein rein empirisches Maß allgemein als Widerstandsmaß einzuführen, indem er Stücke Kupferdrahtes von gleichem Widerstände an Gelehrte und Mechaniker versandte und empfahl, diesen Widerstand allgemein als Einheit anzunehmen. Doch stellte sich bald heraus, daß die Widerstände sich änderten und wiederholte Kopierung die Änderungen noch um viele Prozente vergrößerte. Siemens & Halske hatte bis dahin den Widerstand einer deutschen Meile Kupferdrahtes von 1 mm Durchmesser als Einheit angenommen und Widerstandsskalen auf Grundlage dieser Einheit hergestellt. Es zeigte sich aber, daß das Kupfer selbst bei möglichster Reinheit wesentlich verschiedenen spezifischen Widerstand hatte und auch seinen Widerstand im Laufe der Zeit änderte. Die Webersche absolute Einheit als Grundmaß anzunehmen, verbot der damalige Stand der elektrischen Meßkunst, der noch keine Übereinstimmung in den verschiedenen Darstellungen dieser Einheit erzielen ließ. Unter diesen Umständen entschloß sich Werner von Siemens, das reine Quecksilber zur Grundlage eines reproduzierbaren Widerstandsmaßes zu machen, und er schlug vor, den Widerstand eines Quecksilbersäule von 1 qmm Querschnitt und 1 m Länge beim Gefrierpunkt des Wassers als Widerstandseinheit anzunehmen. Dieses Maß wurde als Siemens-Einheit (S.E.) definiert [Werner von Siemens, Lebenserinnerungen].

Die Einheit des elektrischen Widerstandes wurde nach einem Beschluß des im Mai 1894 zu Paris abgehaltenenn Elektrikerkongresses wie folgt definiert:
Den Widerstand 1 int(ernationales) Ohm hat eine Quecksilbersäule von 1,063 m Länge und 14,4521 g Gewicht bei 0 °C ; diese Säule besitzt einen Querschnitt von 1 mm2.
1 int. Ohm = 1,063 Siemens Einheiten = 1,014 British Standard Ohms (B.A.U.)
Das int. Ohm ist 1/2 Promille größer als das abs. Ohm [18].

Normal-Widerstand
Abb. 1: Hg-Normalwiderstand nach Siemens & Halske
Abb. 2: Doseneinheit von Siemens & Halske

"Die Konstruction eines der obigen Definition entsprechenden Normal-Ohm erfordert im wesentlichen die Kalibrirung einer Röhre und die Auswägung des Quecksilbers.
Der geradlinige Quecksilberetalon ist jedoch für den praktischen Gebrauch nicht bequem. Man hat daher Kopien mittels einer engen, Quecksilber enthaltenden Röhre von beliebiger Form konstruirt, deren Enden mit Gefässen von grossem Durchmesser in Verbindung stehen.
Abb. 1 stellt eine von Siemens & Halske gewählte Form einer solchen Kopie dar. Die Enden des Kapillarrohres endigen in weite, oben offene Röhren. Die Füllung mit Quecksilber erfolgt im luftleeren Raume; das Quecksilber kann im Bedarfsfalle leicht erneuert werden.

Mit Rücksicht auf die Zerbrechlichkeit des Glases konstruirt man die Etalons für die Praxis im allgemeinen aus Metalldrähten. Derartige Etalons sollen sich mit der Zeit nicht ändern und auch von der Temperatur möglichst wenig beeinflusst werden. Man zieht daher die Legirungen den reinen Metallen vor, da sie einen erheblich geringeren Temperaturcoefficienten besitzen." [61]

Nach den Untersuchungen der damaligen physikalisch-technischen Reichsanstalt (PTR) eigneten sich Legierungen aus Kupfer und Nickel, bzw. Kupfer und Mangan sowohl hinsichtlich ihrer Beständigkeit als ihrer geringen Temperaturkoeffizienten in weit höherem Grade zur Herstellung von Widerstandsetalons, als das zinkhaltige Neusilber und Nickelin.

Die von der Firma Siemens & Halske hergestellten sog. Doseneinheiten nach Abb. 2 bestanden aus einer Holzbüchse, deren Deckel und Boden durchbrochen waren. In dieser wurde ein doppelt besponnener, gut lackierter Neusilberdraht von 0,9 mm Durchmesser und etwa 2,7 m Länge als bifilar gewickelte (induktionsfreie) Spirale eingelegt. In die Büchse sind zwei vierkantige Messingstäbe aa eingelassen, die auf der einen Seite dicke, amalgamierte Kupferdrähte cc zum Einsenken in Quecksilbernäpfe, auf der anderen Klemmschrauben bb zum Befestigen starker Leitungsdrähte trugen. Die Enden ee des Neusilberdrahtes wurden zwischen den Messingstäben aa und den Messingklötzen dd durch Anziehen von Schrauben zunächst festgeklemmt. Das eine Ende wird angelötet, das andere in der Klemme so lange verschoben, bis der Widerstand der Kopie bei einer bestimmten, an einem in die Öffnungen der Büchse eingeführten Thermometer abzulesenden Temperatur dem Normalwiderstande in Quecksilber genau gleich war. Dann wurde auch das zweite Ende festgelötet und überprüft, ob der Widerstand sich nicht geändert hat. Sollte letzteres eingetreten sein, so wurde die Temperatur ermittelt, bei welcher die Widerstandsrolle gleich 1 S.E. war. Diese Temperatur (Normaltemperatur für den Etalon) sowie der Temperaturkoeffizient des verwendeten Neusilberdrahtes wurden dann auf der Büchse vermerkt. Die von Siemens & Halske garantierte Genauigkeit lag bei 1/2000 (0,05 %).

 


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