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Neuartige Strommesswiderstände für den Wechselstromstärke-Gleichstromstärke-Transfer

28.11.2017

Für den Wechselstromstärke-Gleichstromstärke-Transfer wurden neuartige Strommesswiderstände auf der Basis von SMD Komponenten entwickelt und aufgebaut. Die Ausführung als vierpolige, koaxial aufgebaute Scheibenwiderstände erlaubt die Realisierung beliebiger Widerstandswerte bei flachem Frequenzgang in Verbindung mit hervorragender Stabilität bei Gleichstrom sowie kleinem Temperaturkoeffizienten.

 

 

 

Für die Kalibrierung von Wechselstromstärke-Messgeräten und Transfergeräten für den Wechselstromstärke-Gleichstromstärke-Transfer werden planare Vielfach-Thermokonverter (Planar Multijunction Thermal Convertors – PMJTCs) eingesetzt. Für Stromstärken oberhalb von 10 mA werden sie in Verbindung mit einem Strommesswiderstand (Shunt) verwendet, der den zu messenden Strom trägt. Der Spannungsabfall an dem Shunt ist dann die Größe, für die mit dem PMJTC der Wechsel-Gleich-Transfer durchgeführt wird.


Es sind eine Reihe von verschiedenen Bauformen für Strommesswiderstände auf dem Markt, jedoch nur mit wenigen, von den Herstellern vorgegebenen Widerstandswerten. Für den Aufbau einer Stromstärke-Skala für den Wechselstromstärke-Gleichstromstärke-Transfer ist es aber zur Erzielung geringer Messunsicherheiten unerlässlich, den Dynamikbereich der PMJTCs bestmöglich auszunutzen und dementsprechend Shunts mit daran angepassten Widerstandswerten einzusetzen. Die meisten kommerziell erhältlichen Shunts haben zudem ein recht großes Volumen und eine offene Bauform, die keinerlei Abschirmung gegen elektromagnetische Einstrahlungen von außen bietet. Zudem ist die Abfuhr der Wärme der verbauten einzelnen Widerstandselemente nicht optimal.


Daher wurde eine neue, an in der Hochfrequenztechnik übliche Scheibenwiderstände angelehnte Bauform entwickelt, bei der SMD (surface mount device) Widerstandselemente wie die Speichen eines Rades zwischen einer inneren Scheibe ("Nabe") und einem äußeren Ring ("Felge") angeordnet sind. Durch eine mehrschichtige Nabe und Felge aus Leiterplatten-Material ist ein vierpoliger, koaxialer Aufbau mit fast beliebigen Widerstandswerten möglich. Ein äußeres Metallgehäuse sorgt für eine wirksame Wärmeabfuhr und elektromagnetische Abschirmung. Durch den kompakten und streng koaxialen Aufbau ist die Serien-Induktivität in den Stromzuführungen sehr gering, so dass der resultierende Spannungsabfall selbst bei Frequenzen bis zu 1 MHz nur geringfügig ansteigt.


Scheibenwiderstand aus SMD Komponenten

Bild 1: Scheibenwiderstand aus SMD Komponenten (links) und Metallgehäuse mit Steckverbindungen(rechts).